CMOS-IC
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4. Schmitt-Trigger

Anstiegszeit Schmitt-Trigger

Anstiegszeit
Wie in Kap. 3 erwähnt müssen die Eingänge von ICs eindeutig auf "High"- bzw. "Low"-Pegel liegen. Wenn die Spannung dazwischen liegt, nimmt der Ausgang einen beliebigen Pegel an (oder oszilliert sogar), was in der Technik natürlich nicht vorkommen darf. Genau das tritt aber ein, wenn ein Eingangssignal langsam ansteigt bzw. abfällt. Erfolgt der Wechsel von ’0’ nach ’1’ (oder andersrum) sehr schnell, gibt es keine Probleme. Eine wesentliche Rolle spielt die sog. Anstiegszeit. Darunter versteht man in der Digitaltechnik die Zeit, die eine Spannung braucht um von 10% auf 90% des "High"-Pegels anzusteigen. Das folgende Bild soll das verdeutlichen.

Im rechten Bild sieht man, durch ta ausgedrückt, die Anstiegszeit. Bei TTL-ICs darf sie wenige µs betragen. In der Digitaltechnik sind schnelle Pegeländerungen also sehr wichtig. Das Bild links oben zeigt ein schlechtes Eingangssignal, da seine Flanken nicht sehr steil verlaufen und die Anstiegszeit dementsprechend groß ist. Als Flanke bezeichnt man einen Spannungsanstieg bzw. -abfall (die positive Flanke ist der Anstieg (links), die negative Flanke der Abfall (rechts)). Das Bild links unten zeigt dagegen ein gutes Eingangssignal, da es sehr steilflankig ist.

Schmitt-Trigger
Wenn es aber nicht zu vermeiden ist, dass ein Eingangssignal langsam ist oder man die Anstiegszeit nicht kennt, kann der Schmitt-Trigger Abhilfe schaffen. Das ist eine elektronische Schaltung, die bei einer best. Spannung (z.B. bei einem ansteigenden Signal) schlagartig von ’0’ auf ’1’ wechselt. Bei einer negativen Flanke wird schlagartig von ’1’ auf ’0’ gewechselt, die Spannung bei der der Wechsel erfolgt ist aber kleiner, als die Spannung bei der der Wechsel von ’0’ nach ’1’ erfolgt. Man kann also gute Rechtecksignale herstellen, da die Pegelwechsel in je einem einzigen Punkt erfolgen. Das folgende Bild soll die Funktionsweise verdeutlichen. Die rote Linie kennzeichnet die Spannung, bei der der Schmitt-Trigger von ’0’ auf ’1’ wechselt (obere Schwelle), die blaue Linie kennzeichnet die Spannung bei der wieder auf ’0’ gewechselt wird (untere Schwelle).

Ein Gatter mit Schmitt-Trigger erkennt man an einem ’S’-förmigen Symbol.

   NAND mit Schmitt-Trigger