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Basteln mit integrierten Schaltungen Teil 1 – Speicher

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Dies ist Teil 1 meiner neuen Reihe, welche sich künftig rund um das Basteln mit integrierten Schaltungen dreht.

Zu Beginn geht es um den Aufbau einer sogenannten bistabilen Kippstufe, das Flipflop. Diese Schaltung kann die Datenmenge von einem Bit über eine unbegrenzte Zeit speichern und ist ein unverzichtbares Bauelement innerhalb von Schaltungen der Digitaltechnik von der Quarzuhr bis hin zum Mikroprozessor. Im Besonderen ist dieser elementare 1-Bit-Speicher das Grundelement der statischen Speicherbausteine (SRAM) im Computer.

In diesem Artikel erfolgt der Aufbau zum besseren Verständnis mittels diskreten Bauelementen.

Schaltplan NAND-Flipflop aus diskreten Bauteilen
IC_Aufbau_01_Speicher_NAND-Flipflop_mit_diskreten_Bauelementen_swHerunterladen

Im wesentlichen besteht die Schaltung aus zwei NAND-Gattern, dessen Eingabezustände über zwei Taster (Set und Reset) mittels Transistoren angesteuert werden. Die Ausgabe erfolgt über zwei LEDs. Der erste stabile Zustand des Ausgangssignals wird mit der roten LED, der zweite mit der gelben LED dargestellt. Wird die Taster „Set“ gedrückt, leuchtet die rote LED auf (die gelbe LED verlischt). Beim Drücken der Taste „Reset“ verlischt die rote LED (und die gelbe LED leuchtet auf).

Auf dem Steckbrett habe ich noch eine 7-Segment-Anzeige ergänzt, welche eine „1“ beim ersten Ausgabezustand und ein „-“ beim zweiten Ausgabezustand anzeigt.

Im nächsten Teil wird für diesen Aufbau eine integrierte Schaltung zum Einsatz kommen.

LED dimmen mit NE555 PWM

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Heute mal wieder ein Bastelthema, der letzte Blogeinrag ist nun doch eine ganze Weile her.

Mein letzter Blogeintrag handelte von dem Thema Dimmer für LED-Lichterkette bauen.

Realisiert habe ich dies seinerzeit per Pulsweitenmodulation (PWM) mittels einem Arduino. Heute möchte ich noch eine weitere Möglichkeit vorstellen, welche als rein elektronische Schaltung mit wenigen Elementen realisiert werden kann. Hierbei kommt der universelle Timerbaustein NE555 zum Einsatz. Die finale Schaltung lässt sich für vielerlei Zwecke einsetzen, nicht nur zum reinen Dimmen von LEDs.

Achtung: Anzumerken ist, das die PWM nach dieser Schaltung einen Bereich von ca. 5-10% bis etwa 90% abdeckt, d.h. die LEDs können nicht auf völlige Verdunklung gedimmt werden.

Anmerkungen zum Schaltplan

Ich habe eine CMOS-Version namens LMC555 verwendet, welche mit geringeren Spannungen ab 1,5 V arbeiten kann. Die Schaltung eignet sich für Spannungen bis zu 15 V, die Widerstände R1 (für die Status-LED, optional) und R4 (für den Transistor) müssen entsprechend angepasst werden.

Die Frequenz wird mit dem Kondensator C3 an Pin 6 bestimmt. Je höher die Kapazität, desto niedriger die Frequenz. Für den hörbaren Bereich ab etwa 220 pF aufwärts (tiefere Töne bei höherer Kapazität), für den sichtbaren Bereich (Dimmen, Blinker, Blitzer, etc.) ab 100 nF. Mit > 500 µF sind Intervalle bis zu mehreren Minuten einstellbar.

Als Transistor habe ich den aus meinem letzten Aufbau bekannten BC337/25TA Transistor mit 800 mA Kollektorstrom verwendet. Für höhere Lasten kann ein entsprechender MOSFET mit Kühlung verwendet werden.

Schaltplan PWM-Dimmer mittels LMC555/NE555
PWM_Dimmer_Balkonlichterkette_Rev_B_2019-01-16Herunterladen

Versuchsaufbau

Den Grundaufbau habe ich zunächst auf einem Steckbrett vorgenommen:

Aufbau auf Lochrasterplatine

In Anschluss habe ich diese auf eine Lochrasterplatine übertragen. Hier habe ich ein paar Optimierungen vorgenommen und beispielsweise eine Sockelleiste eingelötet, um eine einfache Frequenzanpassung durch Wechseln des Kondensators zu ermöglichen. Zwecks leichterem Austausch empfehle ich, eine IC-Fassung einzulöten.

Ich wünsche viel Spaß beim Nachbau!