Bistabiler Multivibrator
Die LED als Ersatz für das "Lämpchen"
Die Bistabilen Kippstufe ist eine elektronische Schaltung die zwei Schaltzustände (Ein und Aus) annehmen kann. Dabei bleibt der jeweiligen Zustand solange erhalten,
bis ein von außen zugeführtes Signal die Schaltung in den jeweiligen anderen Zustand schaltet. Um die beiden Schaltzustände in den Experimenten sichtbar zu machen, wird an einem Ausgang des Transistors gemäß Anleitung ein Kugellämpchen geschaltet. In meinen Experimenten verwende ich ersatzweise, statt einem Lämpchen, gerne auch mal eine Leuchtdioden (LED). Wie im Bild rechts dargestellt, kann die LED problemlos mit dem Federklemmsystem verwendet werden. Allerdings ist beim Gebrauch einer LED darauf zu achten, das diese mit einem strombegrenzenden Vorwiderstand betrieben wird. Herkömmliche LED´s leuchten ab einer Durchlassspannung von ca. 1,6 Volt (dies ist abhängig von der Farbe). Für die Lebensdauer der LED wesentlich entscheidender ist die Stromstärke. Diese sollte in der Regel 20 mA nicht übersteigen, da sonst der Lebenszyklus einer LED abrupt verkürzt wird. Mit Hilfe eines einfaches Tool´s, kann Online auf der Seite von elektronik-kompendium.de der Vorwiderstand berechnet werden.
Die LED verhält sich im Schaltkreis wie eine gewöhnliche Diode, d.h. sie hat eine Sperrrichtung, in der sie keinen Strom durch lässt. Damit sie leuchten kann, muss sie mit der Anode zum Pluspol geschaltet werden. Die Anode ist am längeren Anschlußdraht zu erkennen.
Das Flip Flop als Signalspeicher
Die folgende Versuchsschaltung ist im Anleitungsbuch, Kapitel 3. Teilgebiete der Elektronik (Seite 70), aufgeführt. Wie bereits beschrieben, schalten sich die beiden Transistoren gegenseitig in den leitenden Zustand. Nur wie funktioniert das? Die Transitoren aus dem Experimentierkasten schalten zunächst in den leitenden Zustand, wenn an ihrer Basis mindestens eine Spannung von ca. 0,6 V anliegt. Die bistabile Kippstufe ist dabei so aufgebaut, das über den jeweiligen Kollektor-Anschluß eines Transistors, eine Rückkopplung auf die Basis des anderen Transistors erfolgt. Über diese Rückkopplung wird die jeweilige Basisspannung der beiden Transistoren beeinflusst. Geht man beim folgenden Experiment davon aus, das beim Anlegen der Betriebsspannung die LED leuchtet, dann liegt in diesem Fall an der Basis des weißen Transitors eine positive Spannung und somit ist der weiße Transistor durchgeschalten. Der rote Transistor erhält gleichzeitig über die Verbindung mit dem Kollektors des weißen Transistors eine negative Spannung und ist deshalb im gesperrten Zustand. Wird nun der Basis des weißen Transistors eine negative Spannung zugeführt (durch Drücken der grünen Taste im Bild), so sperrt der weiße Transistor schlagartig und die LED erlischt. In diesem Fall erhält die Basis des rote Transistors über die Verbindung mit dem Kollektors des weißen Transistors eine positive Spannung und schaltet durch. Für den weißen Transistor tritt damit der umgekehrte Fall ein. Er erhält über den Kollektor des roten Transistors an der Basis eine negative Spannung und ist gesperrt. Mit dem Drücken der gelben Taste wird der Vorgang umgekehrt und die LED leuchtet wieder. Der jeweilige Zustand nach dem Betätigen einer Taste beleibt solange gespeichert (Signalspeicherung), bis dieser Zustand durch das Drücken der andere Taste gelöscht wird.
Weitere interessante Informationen zur Bistabilen Kippstufe auf der Seite von Elektronik Tutor.
Die oben beschriebene Kippstufe findet ihre Anwendung in einfachen Schaltungen, bei denen das Eingangssignal (Trigger) solange gespeichert bleibt, bis dieser Zustand über ein Reset-Impuls zurückgesetzt wird. In der Digitaltechnik kommen weitere FlipFlops zum Einsatz. So werden zum Beispiel in Zähler- und Teilerbausteinen FlipFlops eingesetzt, die bei jeden Impuls (Trigger) ihren Schaltzustand ändern. Werden mehrere solcher FlipFlops in Reihen geschalten, können damit beispielsweise binäre Codes dargestellt werden. Ein einfaches Beispiel, wie ein solches FlipFlop funktioniert, ist im Zusammenhang des Ergänzungskasten EE2006 beschrieben (3.37 - Ein und Aus Taster).
Hinweise zum Aufbau: Abweichend von der Beschreibung im Anleitungsbuch wurden die Glühlampe durch eine Leuchtdiode (LED) ersetzt. Bei der Verwendung einer LED muss unbedingt der Vorwiderstand R2 (47 Ohm) durch einen Wert mit 470 Ohm ersetzt werden.
Weitere Schaltungen mit dem Flip Flop
Folgende Schaltungen aus dem Anleitungsbuch zeigen drei einfache Anwendungsbeispiele, die mit der bistabilen Kippstufe realisiert wurden:
- 3.01 Lichtkontrollanlage (Seite 98) Für das Auslösen der Schaltung wird anstelle eines Tastschalters ein lichtempfindlicher Widerstand (LDR) eingesetzt. Die Empfindlichkeit der Schaltung kann zusätzlich mit einem Potentiometer geregelt werden. Ab einer bestimmten Helligkeit löst die Schaltung aus und die Kontrolllampe leuchtet. Mit der "Reset-Taste" kann die Schaltung wieder zurückgesetzt werden.
- 3.05 Licht- und Lautstärkemesser (Seite 106) Auch diese Schaltung verwendet zur Auslösung einen LDR. Zusätzlich ist dem "Trigger-Eingang" eine einfache Verstärkerstufe mit Lautsprecher vorgeschaltet. Ab einen bestimmten Schallpegel, der über den Lautsprecher erfasst wird, kann die Schaltung ebenfalls ausgelöst werden und die Kontrolllampe leuchtet auf.
- 3.08 Optische und akustische Einbrecher-Alarmanlage (Seite 112) Diese einfache Schaltung löst die Warnlampe aus, sobald mit einem Lichtstrahl die lichtempfindliche Zelle (LDR) angestrahlt wird. Mit dem Potentiometer lässt sich zusätzlich die Empfindlichkeit einstellen. Der Schaltung ist noch ein RC-Oszillator nachgeschaltet. Dieser beginnt zu schwingen, sobald die Schaltung ausgelöst wurde und gibt dabei einen Warnton über den Lautsprecher ab. Das Warnsignal und der Warnton bleiben solange gespeichert, bis das Gerät mit dem Tastschalter zurückgesetzt wird.