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WP's Trigger

Verzögerungstrigger

Die Schaltung ist eigentlich als analoges Verzögerungsglied für Triggersignale gedacht. Bei ausreichend kurz eingestellten Verzögerungszeiten ist sie auch zur Manipulation von Sync Signalen einsetzbar. Sie basiert auf dem Standard-Logik-IC 74HC123 »Doppelter retriggerbarer monostabiler Multivibrator mit Reset«.

Phasenschieber (Verzögerungstrigger)

Grundfunktion

Ein Impuls am Eingang erscheint um die Zeit T1 = k × R1 × C1 verzögert und mit der Zeit T2 = k × R2 × C2 als Impulsdauer am Ausgang. T2 verlängert einen zu kurzen Impuls so, dass das zu steuernde Gerät auf ihn reagieren kann. Bei ausreichend kurzem T1 + T2 kann man die Schaltung auch als Verzögerungsglied für Sync Signale verwenden.
Typische Werte: R1, R2 = 2 kOhm bis 1 MOhm; C1, C2 = 0 bis etliche µF; Rs = 1 kOhm an den Dioden der Optokoppler, einige 10 kOhm an den Eingängen 1|A und 1B. Am Eingang IN L muss man die beiden Vorwiderstände am Optokoppler möglicherweise richtig auf die Trigger/Sync Quelle anpassen und den weiß ausgelegten eventuell sogar überbrücken. (Der Faktor k ist abhängig von der IC Familie und vom Hersteller. Sein Wert liegt etwa bei 0,55.)

Erweiterte Funktionen

In die Schaltung sind ein paar Erweiterungen integriert: Am Ausgang OUT H erhält man immer ein Steuersignal mit steigender Flanke, während man bei OUT L immer eines mit fallender Flanke (genauer Kurzschluss) erhält. Man kann ein Eingangssignal also wandeln. Es kann allerdings immer nur einer der Eingänge benutzt werden, IN L bei Signalen mit Kurzschluss oder fallender Flanke und IN H bei Signale mit steigender Flanke. Der jeweils nicht genutzte Eingang des 74HC123 muss dabei auf ein festes Potenzial gelegt werden, 1|A auf GND und 1B auf +5 V. Deswegen ist ein zweipoliger (gekoppelter) Wechselschalter vorgesehen. Nutzt man ausschließlich einen Eingang, kann man den anderen Eingang fest verlöten und den Schalter einsparen.

Beschaltung

Die Optokoppler sorgen für einen Schutz des 74HC123. Man kann die Signale auch direkt einspeisen, dann sollte man ihn aber sockeln. Der sicherste und zu bevorzugende Pfad ist IN H zu OUT L, da er potenzialfrei ist. Geeignete eingangsseitige Optokoppler (Vorwiderstand im Diodenzweig!) eröffnen auch die Möglichkeit an Signalquellen mit anderen Spannungen als 5 V zu arbeiten, z.B. an einer SPS mit 24 V.
Die Widerstände Rs dienen der Strombegrenzung bzw. als Abflusspfad bei Umschaltvorgängen. Die Dioden parallel zu R1 und R2 dienen zur Entladung von großen C1 und C2 beim (schnellen) Abschalten der Versorgungsspannung und schützen den 74HC123.

Versorgung

Die +5 V bekommt man z.B. innerhalb des Rechners vom vierpoligen Floppy/Festplatten Anschluss (weißes Steckergehäuse; rotes Kabel = +5 V, schwarzes Kabel = GND) oder außerhalb von einer geeigneten Schnittstelle (USB, ...).

Weitere Optionen

Wählt man statt der festen Widerstände R1 und R2 Potentiometer, ermöglichen diese die variable Einstellung der Zeiten.
Legt man die Reset-Eingänge 1|R und 2|R nicht fest auf +5 V, sondern macht sie schaltbar, von GND auf +5 V, erhält man eine Art Sicherung (Trigger Enable). Erst wenn diese Eingänge auf +5 V liegen, ist der Baustein aktiv und wartet auf das wahre Eingangssignal.
Die Eingangsstufen könnte man noch um Schmitt-Trigger zur Signalkonditionierung erweitern. Und einige Status LEDs würden den Aufbau komplettieren.

Triggergerät

Niederohmiger Pfad im Triggergerät

Doch noch ein Wort zum Triggern mit fallender Flanke: Das zu triggernde System erwartet gewöhnlich einen schnellen Spannungsabfall verursacht durch das triggernde System. Das bedeutet, dass das triggernde System wenigstens erst einmal die Spannung halten muss bevor sie abfällt. Der Abfall sollte über einen niederohmigen Pfad im triggernden Gerät erfolgen.
Eine Batterie erst anschließen, und dann die Leitung einfach unterbrechen funktioniert also nicht. Denn soll ein Triggereingang bereits auf einen Schließer (Kurzschluss, z.B. mit Büroklammer) reagieren, so ist er innerhalb des Systems vorgespannt.
Mit einem Multimeter kann man, dank dessen hohen Innenwiderstandes, diese Spannung messen, z.B. 5 V beim üblichen TTL-Pegel, ohne dass der Trigger auslöst. Ein derartiger Eingang kann beide Fälle, mit von außen vorgegebener Spannung oder ohne, abdecken.
Für das Triggern mit steigender Flanke gilt das entsprechend umgekehrt. Wichtig ist immer der Übergang zu einem Kurzschluss (fallende Flanke) oder von ihm weg (steigende Flanke). Ganz einfach ausgedrückt: eine zusätzliche externe Spannung wird fallweise schlichtweg ignoriert.

Noch etwas zum Auslösezeitpunkt und etwaigen Verzögerungszeiten: In der TTL Technologie wird ein Pegel über 2,2 V als HIGH und ein Pegel unter 0,8 V als LOW interpretiert. Die Umschaltzeitpunkte - und angegebene Verzögerungszeiten - verschiedener Geräte können sich daran orientieren, müssen es aber nicht. So gibt es z.B. den 10%/90% Ansatz - unter 10% Vollausschlag LOW bzw. über 90% Vollausschlag HIGH - oder 50% - halber Vollausschlag - als Auslösezeitpunkte.
Und dann gibt es noch stromgesteuerte Geräte, ...

Spezialfälle

Synchroner Trigger

Dabei kann es sich auch auszahlen, das Triggersignal zum Systemtakt zu synchronisieren. Beispielsweise dadurch, dass man den Triggerimpuls in einem Flipflop hält (z.B. einem D-Latch), dessen Ausgang mit dem Systemtakt verundet (UND-Gatter), und dessen Ausgang dann als neues Triggersignal weiterführt.

Signallaufzeiten

Die Verzögerungen, die sich durch die endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Signale ergeben, kann man im Regelfall vernachlässigen. Als Faustformel - die Geschwindigkeit von Signalen in Kabeln beträgt ca. 2/3 Lichtgeschwindigkeit, also ca. 0,2 m pro Nanosekunde oder 200 m pro Mikrosekunde.
Selbst die Gatterlaufzeiten in elektronischen Schaltungen liegen in leicht in diesem Bereich. Üblicherweise Nanosekunden.