Schaltungstechnik - Kippschaltungen

Der astabile Multivibrator

Wir haben es mit einer Schaltung zu tun, die selbsttägig zwischen zwei Zuständen hin- und her schwingt. Die LEDs in der Schaltung dienen nur der Anschauung. Sie werden wechselseitig geschaltet.

astabiler Multivibrator Phase1

Nach dem Anlegen der Betriebsspannung laden sich die Kondensatoren über die Kollektorwiderstände auf und über R2 und R3 beginnt ein Basisstrom zu fließen. Aufgrund von Bauelementetoleranzen sind beide Schaltungsseiten nicht 100%ig identisch und ein Transistor wird als erster durchschalten. Nehmen wir mal an Transistor 1 leitet zuerst und Leuchtdiode 1 leuchtet.

astabiler Multivibrator Phase2 astabiler Multivibrator Phase3

C1 wird jetzt mit seinem Pluspol an Masse gelegt. Durch die Ladung des Kondensators wird die Basis von Transistor 2 jetzt negativ. Dadurch kann T2 nicht einschalten. Anschließend kann sich der Kondensator C1 über R2 in umgekehrter Richtung aufladen. Wird die Schwellspannung der Basis-Emitter-Diode von T2 erreicht, schaltet dieser durch.

astabiler Multivibrator Phase4 astabiler Multivibrator Phase5

Jetzt bekommt C2 Masseverbindung, die Spannung an der Basis von T1 wird negativ, wodurch Transistor 1 sperrt. C2 kann sich über R3 in umgekehrter Richtung aufladen und sobald die Spannung an der Basis von T1 groß genug ist, schaltet dieser wieder durch. Der ganze Vorgang beginnt von vorn.
Bei höheren Betriebsspannungen sollten zusätzliche Dioden zum Schutz in die Basisleitung der Transistoren geschaltet werden, da die Basisspannung beim Umschalten durch die Ladung des Kondensators fast auf negative Betriebsspannung geht und die Durchbruchspannung der Basis-Emitter-Dioden der Transistoren nur bei etwa 6-9V liegt.

astabiler Multivibrator Schutzdioden

Die Basiswiderstände R2 und R3 sollten so bemessen sein, dass sie mindestens 10 mal so groß sind wie die Kollektorwiderstände, aber klein genug, dass die Transistoren voll durchgesteuert werden können.


Wie lange Diode 1 leuchtet wird durch die Werte von C1 und R2 bestimmt, C2 und R3 bestimmen die Zeit, die LED 2 leuchtet. Genau genommen müssten die Emitter-Kollektor-Widerstände der Transistoren dazu addiert werden. Sie sind im eingeschalteten Zustand gegenüber den Basiswiderständen zu vernachlässigen. Zur Berechnung der Schaltzeiten genügen die folgenden Näherungsformeln: $$t_1 \approx ln 2 \cdot C_1 \cdot R_2$$ $$t_2 \approx ln 2 \cdot C_2 \cdot R_3$$ $$T = t_1 + t_2$$ $$f = \frac{1}{t_1 + t_2}$$

Astabiler Multivibrator mit Elektronenröhre
Auch mit Elektronenröhren lässt sich eine ähnliche Schaltung aufbauen. Anstelle der beiden Transistoren tritt eine Doppeltriode und die Gitterwiderstände werden nicht an die Betriebsspannung, sondern an Masse gelegt.

astabiler Multivibrator mit Röhren

Mit der angegebenen Bestückung schwingt der Multivibrator mit einer Frequenz von etwa 600Hz.

astabiler Multivibrator mit Röhren

Der monostabile Multivibrator

Die monostabile Kippstufe hat einen stabilen Zustand in dem die grüne LED leuchtet.

monostabiler Multivibrator Phase1

Die Basis von T1 wird über R3 auf niedrigem Potential gehalten, wodurch er gesperrt bleibt. C1 kann sich über R1 und D1 aufladen.

monostabiler Multivibrator Phase2 monostabiler Multivibrator Phase3

Mit dem Taster kann die Basis von T2 auf Masse gelegt werden und T2 schließt. Die Kollektorspannung steigt und damit fließt ein Basisstrom an Transistor 1 und er wird leitend. C1 wird wie beim astabilen Multivibrator wieder umgeladen, bis T2 wieder öffnet. Die Kollektorspannung von T2 unterschreitet die Schwellspannung der Basis-Emitter-Diode von T1 und dieser sperrt wieder. Die Haltezeit im astabilen Zustand berechnet sich wieder zu $$t \approx ln 2 \cdot C_1 \cdot R_2$$

Der bistabile Multivibrator

Die dritte Kippstufe im Bunde besitzt zwei stabile Zustände. Zunächst ist wieder unbestimmt, welcher Transistor zuerst leitend wird. Soll die Schaltung nach dem Einschalten in einen definierten Zustand kippen, kann man das über die Basiswiderstände beeinflussen.

bistabiler Multivibrator Phase1

Bei annähernd gleicher Stromverstärkung "gewinnt" der Transistor, der den kleineren Basiswiderstand und damit den größten Basisstrom bekommt. Wir nehmen wieder an, Transistor 1 schaltet. An der Basis von Transistor 2 liegt nur die geringe Sättigungsspannung von T1, die unter der Schwellspannung der Bsisdiode von Transistor 2 liegt. Deshalb bleibt der gesperrt.

bistabiler Multivibrator Phase2 bistabiler Multivibrator Phase3

Mit Taster 1 kann die Basis von Transistor 1 auf Masse gelegt werden und der Transistor sperrt. Jetzt fließt über R1 und R2 ein Basisstrom an Transistor 2, wodurch der öffnet. Über R3 wird die Basis von Transistor 1 auf niedrigem Potential gehalten. Die Schaltung bleibt in dieser Stellung auch wenn der Taster wieder geöffnet wird. Mit Taster 2 kann Transistor 2 ausgeschaltet werden und jetzt fließt an T1 wieder ein Basisstrom über R3 und R4. Die Schaltung kippt wieder zurück.
Anstelle der Tastenbedienung können die Transistoren auch über externe negative Impulse an der Basis gesteuert werden. So bekommt man einen elektronisch gesteuerten Umschalter.



< Startseite <   > nächste Seite >