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Bremssockel - Schmitt - Trigger - Oszillator

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Bremssockel - Schmitt - Trigger - Oszillator

Bremssockel - Schmitt - Trigger - Oszillator

Die folgenden Informationen sind eine Einzelstunde in einem größeren Projekt. Weitere große Projekte hier.

Projektübersicht:

Dieser Kurs vermittelt die Grundlagen des Breadboard-, Schematik- und PCB-Editierens in 123D-Schaltungen mit einem einfachen Schmitt-Trigger-Oszillator.

Schritt 1: Erste Schritte

Es kann sehr spannend sein, eine Schaltung etwas ganz für sich zu tun, wie eine LED blinkt ein-und ausschalten. Es dauert nur wenige elektrische Komponenten, um dies geschehen, aber es ist tatsächlich ziemlich viel los.

Eine LED leuchtet, wenn ein ausreichend großer Strom fließt. Es wird ausgeschaltet, wenn wenig oder kein Strom durch sie läuft. Also die Herausforderung hier ist, kommen mit einem Weg, um eine Schaltung automatisch zwischen dem Fahren und nicht treiben den Strom durch die LED.

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  2. Fest HINWEIS: Bitte verwenden Sie die nicht verbundenen Komponenten , die nicht gelöscht werden ,. Sie benötigen sie in Schritt 12.

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Schritt 2: Was ist ein Oszillator?

Sie müssen einen Weg, um Ihre Schaltung ändern, was sie tut im Laufe der Zeit, in einer sich wiederholenden Weise. Einfache Schaltungen, die dies tun, werden als Oszillatoren bezeichnet. Um diesen blinkenden LED-Stromkreis zu machen, benötigen Sie einen Oszillator, der ihn einschaltet, dann aus, dann an, dann aus, ... und so weiter.

Es gibt unzählige Möglichkeiten, Oszillatoren in der Elektronik zu machen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, einen Widerstand und einen Kondensator zusammen mit einem Gerät zu verwenden, das als invertierender Schmitt-Trigger bezeichnet wird.

In dieser Lektion stellen Sie diesen Schwingkreis so ein, dass er eine LED blinkt. Entlang des Weges, werden Sie über Oszillatoren, und das Laden und Entladen von Kondensatoren zu lernen.

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Schritt 3: Der Schmitt-Trigger

Ein Schmitt-Trigger hat einen Eingang und einen Ausgang. Wenn die Spannung am Eingang in einem bestimmten Bereich liegt, schaltet der Ausgang vollständig ein. Wenn es sich in einem anderen Bereich befindet, schaltet sich der Ausgang vollständig aus. Ansonsten ändert sich die Ausgabe nicht.

Die Schaltung links enthält einen invertierenden Schmitt-Trigger-Mikrochip mit der Bezeichnung 74HC14. Dieser Mikrochip enthält tatsächlich 6 invertierende Schmitt-Trigger, aber du brauchst nur einen von ihnen für diese Schaltung. Also, es gibt nur vier Pins dieses Mikrochips, die verdrahtet werden müssen. Der Eingang dieses Schmitt-Triggers liegt an Pin 1 (blauer Draht). Der Ausgang liegt an Pin 2 (grünes Kabel). Die Stromversorgung erfolgt über die Pins 14 (roter Draht, verbunden mit +4,5 Volt aus der Batterie) und Pin 7 (schwarzer Draht an die Batterie zurückgeführt).

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Schritt 4: Testen des Schmitt-Triggers

Der Ausgang ist so konfiguriert, dass er eine grüne LED ansteuert. Die LED leuchtet auf, wenn der Schmitt-Trigger-Ausgang vollständig leuchtet und dunkel ist, wenn er vollständig ausgeschaltet ist.

Sie sehen, dass das andere Ende des blauen Kabels an einen einstellbaren Regelkreis angeschlossen ist, der aus einem Potentiometer (variabler Widerstand) besteht. Das Potentiometer ist so konfiguriert, dass es die Spannung an seinem Mittelpunkt überall von 0 Volt auf die von der Batterie gelieferte Spannung einstellen kann (4,5 Volt).

  1. Drücken Sie "Simulation starten".
  2. Stellen Sie den Drehknopf am Potentiometer ein, um zu sehen, was passiert.
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Schritt 5: Testergebnisse

Eventuell haben Sie bemerkt, dass die LED leuchtet, wenn der Regler nach links gedreht wird und ausgeschaltet ist, wenn der Regler nach rechts gedreht wird.

Das ist wahr, aber ein invertierender Schmitt-Trigger ist ein wenig komplizierter als das. Es stellt sich heraus, dass der Ausgang immer dann einschaltet, wenn die Eingangsspannung unter etwa 35% der Versorgungsspannung an Pin 14 (4,5 Volt) liegt. Der Ausgang schaltet sich immer aus, wenn der Eingang über etwa 55% der Versorgungsspannung liegt. Der Ausgang bleibt dort, wo die Eingangsspannung zwischen 35% und 55% liegt.

Beachten Sie, dass diese Ebenen für verschiedene Schmitt-Trigger unterschiedlich sein können. Dies geschieht mit 35% und 55%.

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Schritt 6: Triggerpunkte

Die 35% und 55% Ebenen werden als Triggerpunkte bezeichnet, also der "Trigger" -Teil des Namens "Inverting Schmitt Trigger". Der Teil "Invertieren" bedeutet, dass der Ausgang eingeschaltet wird, wenn sich der Eingang im Niederspannungsbereich befindet und erlischt, wenn sich der Eingang im höheren Bereich befindet. Der Schmitt-Teil des Namens ist eine Hommage an den Erfinder dieser Schaltung, Otto Schmitt.

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Schritt 7: Triggerpunkte lokalisieren

Bremssockel - Schmitt - Trigger - Oszillator

  1. Drücken Sie "Simulation starten".
  2. Stellen Sie das Potentiometer sorgfältig ein, um die Triggerpunkte zu lokalisieren.
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Schritt 8: Was ist Feedback?

Sie werden sowohl die "invertierenden" und "Trigger" Aspekte dieser Schaltung nutzen, um diese zu einem funktionierenden Oszillator. Sie erreichen dies, indem Sie den Ausgang des Schmitt-Triggers verwenden, um einen Kondensator abwechselnd aufzuladen und zu entladen. Die Ladung auf diesem Kondensator wird dann verwendet, um den Eingang zu treiben.

Wenn der Ausgang einer Schaltung den Eingang ansteuert, wird dies als Rückkopplung bezeichnet.

Wenn die Eingangsspannung niedrig ist, ist der Ausgang des invertierenden Schmitt-Triggers vollständig eingeschaltet. Wird dieser Ausgang über einen Widerstand mit einem Kondensator an Masse gelegt, so wird sich der Kondensator aufladen, bis die Spannung über ihm schließlich mit der Schmitt-Triggerausgangsspannung übereinstimmt.

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Schritt 9: Kondensatoraufladung

Der Widerstand ist dort, um den Strom zu begrenzen, der den Kondensator auflädt. Dies wirkt, um die Dinge zu verlangsamen. Je größer der Widerstand ist, desto weniger Strom fließt zum Kondensator.

Ähnlich, je größer die Kapazität des Kondensators ist, desto länger dauert es, um es aufzuladen, da es mehr elektrische Energie aufnehmen kann.

Das Ändern des Widerstands oder der Kapazität ändert somit die Lade- und Entladezeit des Kondensators.

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Schritt 10: Rückkopplung + Kondensatorladung

Was geschieht, wenn man die Spannung am Kondensator benutzt, um den Eingang zum Schmitt-Trigger anzusteuern? Von vorhin wissen Sie, dass der invertierende Schmitt-Trigger-Ausgang ausgeschaltet wird, wenn die Spannung den oberen Triggerpegel erreicht (ca. 55% der Batteriespannung).

An diesem Punkt beginnt die elektrische Energie, die sich auf dem Kondensator aufgebaut hat, durch den Widerstand in der entgegengesetzten Richtung zurück zu fließen. Mit anderen Worten, die Spannung über dem Kondensator beginnt zu fallen. Wenn die Spannung über dem Kondensator auf den unteren Triggerpegel des Schmitt-Triggers (ca. 35% der Batteriespannung) sinkt, wird der Ausgang wieder vollständig eingeschaltet, der Kondensator aufgeladen und der Prozess beginnt wieder von vorn.

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Schritt 11: Wie dies zu einem Oszillator wird

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Das Ergebnis ist, dass der Ausgang des Schmitt-Triggers ein- und ausschaltet, wenn die Ladung am Kondensator zwischen den beiden Triggerpegeln wechselt. Wie bereits erwähnt, beeinflusst die Größe des Widerstands und der Kapazität, wie lange es dauert, bis der Kondensator geladen und entladen wird.

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Schritt 12: Den Oszillator herstellen

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Es ist Zeit, den Kondensator Ladeteil der Schaltung zu erstellen und auszuprobieren.

  1. Entfernen Sie den schwarzen Draht unter dem linken Fuß des Potentiometers, indem Sie ihn auswählen und dann auf die Mülltonne klicken.
  2. Entfernen Sie den roten Draht unter dem rechten Fuß des Potentiometers, indem Sie ihn auswählen und dann auf das Mülleimer-Symbol klicken.
  3. Bewegen Sie den zusätzlichen Widerstand unterhalb des Steckbrettes nach oben, so dass die linke Seite mit der Steckdose unterhalb des rechten Fußes des Potentiometers verbunden ist und die rechte Seite mit der Säule unter dem zweiten Stift von links (Stift 2) des Schmitt-Trigger-Mikrochips verbunden ist .
  4. Bewegen Sie den zusätzlichen Kondensator unter dem Steckbrett gerade nach oben, so dass sein linker Stift mit der Brotschneidensäule oberhalb des schwarzen Drahtes verbindet und sein rechter Stift mit der Säule über dem Ende des blauen Drahts verbindet.
  5. Drücken Sie "Simulation starten".
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Schritt 13: Blinkgeschwindigkeit

Wenn man den blauen Drähten folgt, kann man sehen, daß die Ladung am Kondensator tatsächlich der Eingang (Pin 1) des Schmitt-Trigger-Mikrochips ist.

Sie haben vielleicht bemerkt, dass das Potentiometer wieder verwendet wurde. An sich kann dieses Potentiometer von 0 Ohm bis 100 kOhm variieren. Wenn es der einzige Widerstand war, der verwendet wurde, um den Strom zu begrenzen, der den Kondensator auflädt (und entlädt), würde die Einstellung des Widerstands auf 0 Ohm dazu führen, daß der Kondensator sehr schnell auflädt und entlädt.

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Schritt 14: Einstellen der Blinkgeschwindigkeit

Der Wert der Widerstände, die von Ende nach Ende (in Serie) verbunden sind, addieren sich einfach zusammen. Der 27 kOhm Widerstand, den wir im vorherigen Schritt angeschlossen haben, macht den kombinierten Widerstand des Potentiometers variabel zwischen 0 + 27 = 27 kOhm und 100 + 27 = 127 kOhm. Dies stellt sicher, dass die LED nicht so schnell blinkt, dass sie nur so aussieht, wie sie immer eingeschaltet ist.

Das Blinken der LED kann durch Drehen des Potentiometers nach rechts und langsamer durch Drehen nach links erfolgen. Versuch es.

  1. Drücken Sie "Simulation starten".
  2. Stellen Sie das Potentiometer ein, um die LED-Blinkfrequenz zu ändern.
  3. Fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort.

Schritt 15: Fertigstellen

Sie sollten jetzt ein Verständnis für einen Weg, um einen Oszillator mit einem Schmitt-Trigger zu schaffen. Sie haben auch etwas über das Laden und Entladen von Kondensatoren gelernt.

Experimentieren Sie mit dem Ändern der Werte der Widerstände und des Kondensators zu experimentieren, und sehen, was passiert mit der Geschwindigkeit der LED blinkt. Habe Spaß!

In der nächsten Lektion lernen Sie, einen Schaltplan für die Schaltung zu machen!

Nächste Lektion: Schematische - Schmitt - Trigger - Oszillator

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