Wie funktioniert die Ansteuerung der bistabilen Kippstufe?
Ich habe eine Frage zur oben genannten Ampelschaltung.
Im rechten oberen Teil ist eine bistabile Kippstufe dargestellt. Ich verstehe nicht ganz, wie diese zum Kippen gebracht wird. Ich vermute durch das Entladen von einem der beiden 10µF Kondensatoren, wenn beim Transistor T2 die Kollektor-Emitter Strecke niederohmig wird bzw. der Transistor durchgeschalten wird.
Genau erklären kann ich es aber leider nicht, deshalb wäre ich dankbar für eine Unterstützung bei der Erklärung der Funktionsweise.
2 Antworten
Ein Kondensator sperrt Gleichströme / Gleichstromanteile, während er Wechselstromanteile umso besser durchlässt, je höher ihre Frequenz ist.
Eine Flanke hat (theoretisch) unendliche Frequenz und wird von einem Kondensator 1:1 durchgeleitet.
Die astabile Kippstufe links oben erzeugt solche Flanken.
Sagen wir mal, zu einem bestimmten Zeitpunkt ist T3 durchgeschaltet und T4 sperrt. Dann liegt der rechte Pol des oberen der beiden 10-Microfarad-Kondensatoren praktisch auf Masseniveau (GND/GrouND) (eigentlich ca. 0,2 V), und der rechte Pol des unteren dieser beiden Kondensatoren auf ca. Versorgungsspannung.
Wenn jetzt T2 plötzlich sperrt, kriegen beide Kondensatoren eine Flanke nach oben, die sie nach rechts weitergeben, die sich aber wegen der Dioden nicht direkt auf die Basen von T3 und T4 auswirkt und wegen der Widerstände nur sehr wenig - die bistabile Kippstufe ändert ihren Zustand nicht.
Wenn T2 plötzlich leitet, bekommen die Kondensatoren eine Flanke nach unten ab und leiten die weiter - und jetzt kommt die Flanke durch die Dioden durch. Der rechte Anschluss des Kondensators für T4 hatte vorher Versorgungsspannungsniveau und wird jetzt auf ca. Massenniveau runtergezogen; der rechte Anschluss des Kondensators für T3 wird aber fast auf negative Versorgungsspannung runtergezogen.
Dadurch sperren erstmal sowohl T3 als auch T4. Über die Widerstände werden die Kondensatoren wieder aufgeladen; der Kondensator für T4 erreicht schon nach ziemlich kurzer Zeit die Einschaltspannung der Basis, sodass T4 leitet (da T3 sperrt, wird die Basis nicht über die Widerstände runtergezogen), während der Kondensator für T3 deutlich länger braucht, sodass T3 deutlich länger vom Kondensator gesperrt wird.
Bis der Kondensator für T3 die Basis von T3 wieder "freigibt", leitet T4 schon längst, und sorgt dafür, dass T4 weiterhin gesperrt bleibt.
Die bistabile Kippstufe hat jetzt den umgekehrten Zustand wie am Anfang (der Beschreibung).
Dann wiederholt sich das Ganze mit vertauschten Rollen von T3 und T4.
Ich bin auch noch nicht ganz sicher, vermute aber folgendes:
Der rechte Teil mit T3 und T4 ist ja die bistabile Kippstufe.
Diese kann mit dem Grounden einer Basis von T3 oder T4 den jeweils andern Transistor zum leiten bringen. Siehe
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a5/Transistor_Bistable_interactive_animated-en.svg
Wenn nun dieses Grounden nicht über einen Taster oder Schalter, sondern über den Elko passiert, so ist das wie ein Impulstaster: Selbst wenn der Elko mit dem Minus länger gegroundet wird, verpufft dieser Effekt, weil sich der Elko auflädt.
Ich vermute, damit erreicht man ein T-FlipFlop, also ein hin- und herkippen bei jedem Grounden des gemeinsamen Minus' der Elkos.
Die Dioden bewirken, dass nicht gleichzeitig beide wirksam werden können, was ja sinnlos wäre, sondern nur jener, der gerade positives Potential an der Basis hat, also durch das Grounden abgeschaltet werden kann.
Das dient offenbar für das kurze Gelb vor Rot bei der jeweiligen Ampel, ist ja symmetrisch.
Ich muss noch sagen, dass der Nachbau dieser Schaltung mit einigen Schwierigkeiten verbunden sein dürfte. Das Ding ist sehr labil und stark abhängig von den LEDs und Transistoren, auch von den Widerständen und der Qualität der Elkos.
