Elektronikwissen im Bereich "Bauteile / Komponenten"

Elektronikwissen zu: Kippstufen

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Kippstufen, auch Multivibratoren genannt, sind in der Digitaltechnik Schaltungen, die an ihrem Ausgang 2 logische Zustände (L/H) darstellen (und je nach Art speichern) können, sie sind in verschiedenen funktionellen Formen zu finden. Als Auslöser für das Umschalten zwischen den beiden Zuständen dienen entweder wechselnde logische Zustände oder Impulse am Eingang der Schaltung.

1. Astabile Kippstufe
Eine astabile Kippstufe wird aus 2 Schaltstufen gebildet, die sich durch Umladevorgänge eines zeitbestimmenden Glieds in einem Mitkopplungszweig der jeweils anderen Schaltstufe laufend gegeneinander auslösen. Ein stabiler Zustand stellt sich aufgrund des Arbeitsprinzips hier nicht ein. Im Bild oben ist die bekannteste und einfachste Grundschaltung dazu dargestellt, hier als Blinker.

2. Monostabile Kippstufe
Die monostabile Kippstufe (Monoflop, Trigger) – im Bild oben sind die Urschaltung mit Transistoren und die in der Schaltung des UO2102 eingesetzte Schaltung des retriggerbaren Monoflops 74HCT4538 abgebildet – hat die Eigenschaft, bei einem Zustandswechsel an einem Eingang einen durch die Daten eines Zeitglieds (in der Transistorschaltung R2 und C1) in der Länge bestimmten Ausgangsimpuls (H) zu erzeugen. Man kann die Funktion mit der eines Treppenlichtautomaten vergleichen. Im Grundzustand leitet T2, er bekommt seinen Basisstrom über R2. Die Spannung über R4 ist zu gering, so bleibt hier T1 gesperrt. Wird die Basis von T2 nun durch ein kurzes L-Eingangssignal auf Masse gelegt, sperrt T2, und über R3 und R4 wird T1 in den leitenden Zustand geschaltet. Nun wird der Kondensator via T1 an Masse gelegt und lädt sich auf. Ist der Kondensator so weit aufgeladen, dass die erreichte Spannung ausreicht, um T2 durchzuschalten, leitet dieser, und T1 wird wieder gesperrt. Wir haben also am Kollektor von T2 so lange eine positive Spannung, wie er gesperrt ist (positiver Impuls). Gleiches gilt für den Kollektor von T1, hier hingegen erscheint für diese Zeit ein negativer Impuls. Die Zeitdauer wird vereinfacht durch die Beziehung R2 x C1 bestimmt. Im Grundzustand wird C1 über R1 und R2 wieder entladen.

3. Bistabile Kippstufe
Die bistabile Kippstufe, auch Flip-Flop genannt, speichert den letzten Schaltzustand, bis ein neues Eingangssignal angelegt wird. Er ist damit die einfachste Form des digitalen Speichers. Die Grundform ist der oben mit seiner Wahrheitstabelle dargestellte RS-Flip- Flop. Seine Funktion kann man anhand der dazu dargestellten funktionsgleichen Transistorschaltung nachvollziehen, die aus 2 sich gegenseitig sperrenden Schaltstufen besteht, jeder Transistor ist also immer entweder gesperrt oder leitet. Legt man eine Basis an Masse, wird der entsprechende Transistor in den jeweils anderen Zustand geschaltet und durch den nun fließenden Steuerstrom für den anderen Transistor wechselt dieser wiederum zwangsweise seinen Schaltzustand. In der Wahrheitstabelle findet sich ein weiterer Zustand (Nicht gespeichert). Werden beide Eingänge auf H gelegt, ist der Zustand der Ausgänge nicht kalkulierbar, da in diesem Fall die sogenannte Race-Condition auftritt.

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