Multivibrator-Grundschaltungen

1 Multivibrator-GrundschaltungenMultivibra toren sind Kippschaltungen, die man mit Transistoren, aber auch mit Operations-verst rkern bzw. Comparatoren aufbauen kann. Wir betrachten zun chst die elementarenTransistorschaltungen. Diese bestehen grunds tzlich aus 2 Transistorstufen in Emitterschaltung(Negatorstufen), die miteinander verkoppelt sind. Die jeweilige Funktionsweise ergibt sichdaraus, mit welchen Schaltmitteln die Kopplungen ausgef hrt Systematik der Multivibrator-Grundschaltungen . a) Anordnung aus 2 Negatoren mit einemR ckkopplungsweg, b) die "umsortierte" bliche DarstellungDer bistabile MultivibratorIm bistabilen Multivibrator sind die beiden Negatoren direkt (also durch galvanische ) miteinander Multivibratoren.

2 A) RS-Ansteuerung, b) T-AnsteuerungEine solche Schaltung verharrt stabil in einem bestimmten Zustand. Der eine Negator f hrtausgangsseitig ein HI. Demzufolge f hrt der jeweils andere Negator ein LO, das - ber diegalvanische Kopplung - wiederum das Ausgangs-HI des ersten h lt. Es handelt sich um dieeinfachste Ausf hrung eines bin ren Speichergliedes - mit anderen Worten, eines Flipflops. Umden Zustand zu ndern, mu man die Negator-Eing nge in geeigneter Weise bilden eine M glichkeit; man kommt so zum aus Gatternaufgebauten Flipflop bzw. Latch.

3 Die Ansteuerung gelingt aber auch mittels Kondensatoren, diebei Ansteuerung Nadelimpulse einkoppeln. Mit einzeln angesteuerten Kondensatoren erh ltman ein RS-Verhalten. Werden beide Kondensatoren gemeinsam angesteuert, verh lt sich dieSchaltung als T-Flipflop, das hei t, sie wechselt mit jedem Ansteuerimpuls ihren : Die Kondensatoren wirken als Differenzierglieder. Eine ansteigende Flanke wird zueiner positiven Nadel, eine abfallende Flanke zu einer negativen. Bei einem gesperrtenTransistor liegt der jeweilige Ausgang ber den Arbeitswiderstand auf HI, und an der Basisliegen nahezu 0 V.

4 Eine positive Erregung an der Basis von gr enordnungsm ig 0,7 V(Stichwort: Basis-Emitter-S ttigungsspannung UBEsat) wird den Transistor durchsteuern. Isthingegen ein Transistor eingeschaltet, so liegt an dessen Basis nahezu die Betriebsspannung,und eine negative Nadel ist nicht in der Lage, die Basisspannung unter die Basis-Emitter-S ttigungsspannung zu ziehen (genau genommen: wenn man einen Multivibrator dimensioniert,mu man es so einrichten). Beim Trigger-Flipflop wird deshalb die aus dem Takt abgeleitetepositive Nadel immer den jeweils gesperrten Transistor aufsteuern (beim bereits aufgesteuertenschadet sie nichts), so da die Schaltung mit jedem Taktimpuls ihren Zustand monostabile MultivibratorIm monostabilen Multivibrator (Monoflop, Univibrator) ist nur eine der Verbindungenzwischen den beiden Negatorstufen eine galvanische, die andere ist ber ein RC-Glied gef MultivibratorIm Ruhezustand liegt die Basis des Transistors T1 ber den Widerstand R an ist somit ge ffnet und f hrt kollektorseitig ein LO-Signal.

5 Dieses h lt ber die galvanischeKopplung den Transistor T2 gesperrt, so da dessen Kollektor HI-Potential f hrt. Aus denFlanken eines eingangsseitigen Impulses werden mittels des Koppelkondensators CK zweiNadelimpulse abgeleitet. Die positive Nadel bewirkt, da T2 durchgesteuert wird. DerKondensator C wirkt f r den Spannungssprung zun chst als Kurzschlu , so da T1 gesperrtwird. T1 wird solange gesperrt gehalten, bis sich der Kondensator C ber den Widerstand Rentladen hat. Dann kippt die Schaltung in den Ausgangszustand zur ck. Der monostabile Multivibrator gibt also, erregt durch einen Impuls an sich beliebiger L nge,einen Impuls konstanter L nge ab (dessen Dauer wird im wesentlichen von der Zeitkonstantedes RC-Gliedes bestimmt).

6 Der astabile MultivibratorIm astabilen Multivibrator sind beide Verbindungen zwischen den Negatorstufen als RC-Glieder ausgef MultivibratorDiese Schaltung verharrt nicht in einem bestimmten Zustand, sondern gibt st ndig Impulse ab,wobei die Zeitverh ltnisse durch die Zeitkonstanten der beiden RC-Glieder bestimmt Verallgemeinerung des Schaltungsprinzips kann man auch Schwingkreise (Resonanzkreise)oder Quarze als zeitbestimmende Glieder a) emittergekoppelter astabiler Multivibrator,b) astabiler Multivibrator mit Comparator, c) Schmitt-Trigger in EmitterkopplungEmitterkopplung bedeutet, Transistoren zu steuern, indem man ihr Emitterpotential beeinflu werden die Emitter ber Stromquellen oder - was n herungsweise dasselbe leistet - berhochohmige Widerst nde angeschaltet.

7 Der grunds tzliche Vorteil: ein so betriebener Transistorkann nie in die S ttigung gelangen. Emitterkopplung eignet sich also auch f r extremeFrequenzen (bis zu 100 MHz und mehr). Bei der Multivibratorschaltung a) wird dieImpulsdauer vom Kondensator, von den Arbeitswiderst nden und vom Emitterstrom man in den Emitterkreisen spannungsgesteuerte Stromquellen an, kann man dieFrequenz eines solchen Multivibrators durch eine Steuerspannung beeinflussen (VoltageControlled Oscillator VCO). Solche Schaltungen sind als integrierte Bauelemente erh ltlich(Beispiel: die Typen ).

8 Abbildung b) zeigt einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger, der mit einem RC- Gliedbeschaltet ist und so als astabiler Multivibrator c) zeigt die einfachste Schmitt-Trigger-Schaltung mit Transistoren, und zwar linksin der Darstellung, die in vielen ( lteren) Lehr- und Bastelb chern zu finden ist, und rechts ineiner geringf gig umgezeichneten Form. Es handelt sich um die einfachste Ausf hrung einesDifferenzverst rkers, der ber einen Spannungsteiler mitgekoppelt wird (positiveR ckkopplung mit dem Zweck, auch bei langsamen nderungen der Eingangsspannung dieSpannungsdifferenz zwischen beiden Eing ngen zu erh hen und so ein schlagartigesUmschalten am Ausgang zu bewirken).

9 (Bildquelle: Texas Instruments)(Bildquelle: Texas Instruments)Monoflops 123, 221