SloMo
Trigger
Verzögerungsschaltung
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«. Klar, ein digitaler Timer ist mit Mikrocontroller
(evtl. als kommerzieller Bausatz) ist präziser, aber auch so
einfach und vielseitig? (Irgendwann gibt es dann auch sicher die
passende App dafür, wenn sie nicht schon existiert. ;-)
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% zu 90% Ansatz -
unter 10% des Vollausschlag LOW bzw. über 90% des
Vollausschlag HIGH - oder 50% - halber Vollausschlag - als
Auslösezeitpunkte. Und dann gibt es noch stromgesteuerte
Geräte wie SPSen ...
Verzögerungstrigger
Phasenschieber (Verzögerungstrigger)
Grundfunktion
Ein Impuls am Eingang erscheint um die Zeit T1 = k x R1 x C1
verzögert und mit der Zeit T2 = k x R2 x 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 = 0,2 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 auf die vorliegende Trigger/Sync Spannung 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 0,35 bis 0,65. In der Abbildung beträgt er 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 den Baustein aber zum
leichteren Austausch 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 alten vierpoligen Floppy/Festplatten Anschluss (weißes Steckergehäuse; rotes Kabel = +5 V, schwarzes Kabel = GND) oder 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 Trigger Enable Funktion, z.B. als Sicherung. 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 in der Triggerquelle
Doch noch ein paar Worte zum Triggern mit fallender
Flanke: Das System, das getriggert werden soll, erwartet
gewöhnlich einen schnellen Spannungsabfall verursacht durch
die Triggerquelle in Form eines Kurzschlusses. (Und selbst wenn es
ein Büroklammer wäre.) Eine Batterie erst
anschließen und dann die Leitung einfach unterbrechen,
funktioniert in der Regel also nicht. Es wird wirklich ein ein
niederohmiger Pfad, z.B. ein schließender Schalter,
benötigt, während die Batterie eigentlich gar nicht
nötig wäre, da sich das Gerät selbst um die
Vorspannung des Triggereingangs kümmert.
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.
Für das Triggern mit steigender Flanke gilt das entsprechend
umgekehrt - mit dem Entfernen des Kurzschlusses steigt die Spannung
des Triggereingangs und löst aus.
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.
Damit verhindert man, dass der Triggerimpuls eine variablen
Versatz (engl.: trigger offset) innerhalb des entsprechenden Bildes
aufweist. Mit obigem Verzögerungsglied könnte man diesen
Wert sogar einstellen.
Signallaufzeiten
Die Verzögerungen, die sich durch die endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Signale ergeben, kann man im Regelfall vernachlässigen. Als Faustformel - die Geschwindigkeit von Signalen in langen Leitungen beträgt ca. 2/3 bis Lichtgeschwindigkeit, also ca. 0,2 bis 0,3 m pro Nanosekunde oder 200 bis 300 m pro Mikrosekunde, da die Impulsflanken durch u.a. den Kapazitätsbelag und die Induktivität der Leitungen verschliffen werden. (Faustformel: Das Licht, und damit elektomagnetische Wellen wie Strom, legt einen Fuß, ca. 30 cm, pro Nanosekunde zurück. Gatterlaufzeiten in elektronischen Schaltungen liegen ebenfalls in diesem Bereich.)