Hobby-Elektronik: Prellfreie Taster und Schalter mit TTL- und CMOS-ICs

1) Spannungs- oder Spannungssprung-Geber
Bild 1: Einfacher prellfreier Spannungsgeber mit einem Transistor als Emitterfolger. Wenn Ta gedrückt wird, steigt die Spannung am Emitter mit zunehmender Aufladung des Kondensators, nach Loslassen von Ta fällt sie wieder. Hauptnachteil der Schaltung: keine steilen Flanken des Spannungssprungs.
Als Emitterwiderstand ist hier eine kleines Glühlämpchen gewählt, das ggf. durch einen Festwiderstand (470 Ohm) ersetzt werden kann.
Bild 2:
Prellfreier Spannungsgeber mit TTL-IC 7413 (2 NAND-Schmitt-Trigger mit je 4 Eingängen). Die vier Eingänge sind jeweils alle miteinander zu verbinden. Wird der Schalter S geschlossen, entsteht ein positiver Spannunmgssprung am Ausgang des ersten, ein negativer Spannungssprung am Ausgang des zweiten NAND-Gliedes, der besteht, bis der Schalter wieder geöffnet wird. Das RC-Tiefpaß-Glied am Eingang unterdrückt das Kontaktprellen.
Bild 3: Prellfreier Spannungsgeber mit CMOS-IC 4093 (4 NAND-Schmitt-Trigger mit je 2 Eingängen). Die 2 Eingänge sind jeweils miteinander zu verbinden. Variante der Schaltung Bild 2 mit gleicher Funktionsweise.
Hinweis: Die Eingänge der beiden nichtbenutzten NAND-Glieder des ICs sind an GND zu legen.

2) Einzel-Impulsgeber
Bilder 4 und 5:
Prellfreie Einzel-Impulsgeber mit 7400 (4 NAND-Glieder mit je 2 Eingängen), die bei Tastendruck einen positiven bzw. negativen Rechteck-Impuls liefern. Die Totzeit R1 x C = 22 msec (Bild 4) verhindert, daß bei Prellen des Taster Ta mehrere Impulse zum Ausgang gelangen. Das Produkt R2 x C bestimmt die Dauer des Ausgangsimpulses.
Die beiden Eingänge des NAND-Gliedes sind miteinander zu verbinden.
Die komplementären Impulse erhält man durch Nachschalten eines weiteren NAND-Gliedes (wie in Bild 2 und 3).

3) Selbsthaltender Zweitasten-Schalter
Bild 6:
Aus 2 NAND-Gliedern gebildetes RS-FlipFlop als selbsthaltender Schalter. Mit Taster Ta1 wird der Ausgang Q auf HIGH geschaltet, mit der Taste Ta2 auf LOW zurückgeschaltet. Der Ausgang /Q verhält sich umgekehrt. Kontaktprellen überträgt sich nicht auf den Ausgang, da nach Betätigen von z.B. Ta1 die Schaltung kippt und mit Ta 1 nicht mehr beeinflußt werden kann. Als Variante können die beiden Taster Ta1, Ta2 durch eien Umschalter ersetzt werden.
Das Bild zeigt außerdem, wie an Q eine Relais-Schaltstufe angeschlossen werden kann. Die Betriebsspannung +Ub ist entsprechend des verwendeten Relaistyps zu wählen. Statt des Relais kann selbstverständlich auch ein anderes Element, z.B. eine LED mit Vorwiderstand oder ein Glühlämpchen eingeschaltet werden.
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4) Selbsthaltende Eintasten-Schalter
Bild 7:
Aus zwei CMOS NAND-Gliedern (1/2 4011) gebildetes RS-FlipFlop als selbsthaltender Schalter.
Durch wiederholte Betätigung des Tasters Ta wird der Ausgang Q abwechselnd zwischen HIGH and LOW hin und her geschaltet.
Bild 8: Diese Schaltung, mit 2 CMOS Invertern (1/3 4049) aufgebaut, hat die gleiche Funktion wie die Schaltung nach Bild 7. Der Taster sollte hier kürzer als ca. 1 sec lang betätigt werden, da der Ausgang sonst zurückschaltet. Der Taster kann auch als Berührungssensor (z.B. in Form zweier eng nebeneinander liegender isolierter Blechstückchen) ausgebildet werden.
Bild 9: CMOS JK-Master-Slave-FlipFlop (1/2 4027) als selbsthaltender Eintastenschalter. Mit dem 2. im IC enhaltenen FlipFlop kann ein weiterer Schalter aufgebaut werden, andernfalls sind die Pins 9, 12, 13 an GND, die Pins 10, 11 an +Ub zu legen.
In gleicher Weise kann auch der Eingang "ein" der Schaltung des JK-FlipFlops 4070 auf vorhergehender Seite, Bild 3 mit einem Taster und Widerstand beschaltet und als selbsthaltender Eintastenschalter verwendet werden.
Hinweis: Zum Schutz vor Zerstörung des ICs zufolge statischer Aufladung sind alle Eingänge unbenutzter Teile eines CMOS-ICs immer an GND oder +Ub zu legen.
Hinweis: Statt mit Tastern und Schaltern können vorstehende Schaltungen auch elektronisch (z.B. mit Lichtsensor-Schaltungen) angesteuert werden, soweit ein Ende des Tasters auf festem Potential (GND oder +Ub) liegt. Das ist nicht möglich, wenn beide Tasteranschlüsse "heiß" sind, wie z.B. in den Schaltungen Bild 5 und 8.

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Die vorstehenden Bilder zeigen die Pinbelegung der in den Schaltungen verwendeten ICs:


TTL-ICs
(+ Ub = + 5 V):
7400: 4 x NAND-Gatter mit je 2 Eingängen.
7413: 2 x Schmitt-Trigger-Inverter mit je 4 Eingängen.

CMOS-ICs (+ Ub = + 3 bis 16 V):
4011: 4 x NAND-Gatter mit je 2 Eingängen.
4027: 2 x JK-Master-Slave FlipFlop
4049: 6 x Buffer-Inverter.
4093: 4 x NAND-Schmitt-Trigger mit je 2 Eingängen
(20.10.2003)
(üa 20.12.2006)