Tastenentprellung - Wenn Kontakte flattern

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 CMOS-IC 4027
1 Widerstand 470 Ohm  
1 Widerstand 10 kOhm  
1 Kondensator 1,0 nF  
1 Mikrotaster
1 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm

 

 

Grundlagen

 

Wer viel mit Digitalschaltungen arbeitet, wird früher über ein Problem stolpern, was einen ziemliches Kopfzerbrechen bereiten könnte. Man hat zum Beispiel eine Schaltung entwickelt die durch einen Taster mehrere Stufen durchschalten soll. Nun drückt man diesen Taster und die Schaltung springt nicht nur eine Stufe weiter sondern gleich 2, 3 oder mehr Stufen direkt hintereinander.

 

Dies Ursache dieses 'Fehlers' ist dann beim Taster selbst zu suchen. Taster bestehen ja bekanntlich aus 2 Metallblättchen, die mit Hilfe eines Stiftes aufeinander gedrückt werden und so den elektrischen Kontakt herstellen. Da es sich hier aber um Mechanik handelt, kann es passieren, dass diese Kontakte nicht einfach zusammen kommen, sondern einige male noch 'hüpfen', also kurz hintereinander schnelle Impulsfolgen abgeben.

 

Bei analogen Schaltungen ist dies in den meisten Fällen kein Problem. Digitale Anlagen aber registrieren dieses prellen der Kontakte als einzelne Tastenbetätigung und reagieren entsprechend. Dies hat zur Folge, dass z.B. die Stufenschaltung gleich einige Schritte weiter springt obwohl der Taster nur einmal gedrückt wurde.

 

 

Das Zähmen des Tasters

 

Um dieses Phänomen des prellenden Tasters noch einmal näher zu verstehen, bauen wir uns eine Schaltung auf, bei dem wir ein JK-FlipFlop so schalten, dass der Ausgang bei jedem Tastendruck umschaltet.

 

 

Wird hier nun der Taster betätigt, kann man bei fast allen Tastern beobachten, dass nicht, wie es sein sollte, bei jedem Tastendruck auf S1 die LED D1 ein bzw. ausgeschaltet wird.

Eher scheint es so zu sein, dass die Schaltung hin und wieder 'spinnt'. Entweder das FlipFlop reagiert gar nicht erst auf Tastendruck oder ändert ganz kurz seinen Zustand und kippt dann wieder zurück.

Um dieses Verhalten zu verhindern, muss man nur einen kleinen Kondensator parallel zum Taster legen.

 

 

Wird jetzt der Taster gedrückt, reagiert das FlipFlop, wie wir es erwarten. Nur wenn S1 betätigt wird, schaltet FF1 die Leuchtdiode an bzw. aus. Was bewirkt der Kondensator hier aber?

Ist der Taster geöffnet, wird der Kondensator über den Widerstand geladen. Wird nun der Kontakt geschlossen, entlädt sich C1 schlagartig und bildet somit im ersten Moment den Anschein eines Kurzschlusses. Wenn jetzt die Kontakte, durch das prellen, sich wieder kurz öffnen, bekommt das FlipFlop über den Kondensator trotzdem ein '1'-Signal. Nun können die Tasterkontakte einige Male prellen. FF1 bekommt davon nichts weiter mit.

Lassen wir den Taster dann endgültig wieder los, bleibt das '1'-Signal noch für einen kurzen Augenblick bestehen. C1 wird dann aber wieder sehr schnell über R1 geladen.

Je nach angeschlossener Schaltung, sollte man den Kondensator aber nicht zu groß wählen, damit der 'verbotene Bereich' schnell durchquert wird, beim aufladen des Kondensators. Eine andere Möglichkeit wäre sonst den Einsatz von Schaltungen, die auch Spannungen innerhalb des verbotenen Bereiches akzeptieren wie z.B. Schmitt-Trigger.

 

 

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