Univibrator

Monostabile Kippstufe mit Bipolartransistoren

Eine monostabile Kippstufe, auch Monoflop oder Univibrator genannt, ist eine elektronische oder elektromechanische Schaltung, die nur einen stabilen Zustand hat. Durch einen äußeren Impuls (Trigger) angesteuert, ändert die Schaltung für eine durch ihre Dimensionierung bestimmte Zeit ihren Schaltzustand, bis sie wieder von selbst in die Ruhelage zurückkehrt.

Die Schaltung gibt dieses Signal zum Beispiel an nachfolgende Baugruppen weiter und steuert diese damit.

Man unterscheidet zwischen nachtriggerbaren (auch: retriggerbar) und nicht nachtriggerbaren Monoflops. Nachtriggerbar bedeutet, dass ein während des Zeitablaufes eintreffendes Triggersignal die interne Zeit jeweils erneut startet und der aktive Schaltzustand dementsprechend zeitlich verlängert wird. Bei einem nicht nachtriggerbaren Monoflop hat ein Triggersignal während der aktiven Phase keine Wirkung.

Die nebenstehende Beispielschaltung ist ein nicht retriggerbares Monoflop. Im Grundzustand ist Q2 leitend (er erhält einen Basisstrom über R2) und Q1 sperrt. Der negative Triggerimpuls an der Basis von Q2 startet den Zeitablauf. Während dieser Zeit ist der Transistor Q2 gesperrt und Q1 leitet. Der Widerstand R2 und der Kondensator C1 bestimmen die aktive Zeit. Die Zeit läuft solange, bis die Spannung an der Basis von Q2 durch Entladen von C1 durch R2 positiv wird - dann beginnt Q2 zu leiten und Q1 sperrt.
Das Ausgangssignal kann am Kollektor von Q2 abgenommen werden. Es ist bei dieser Schaltung ein positiver Impuls der Dauer t von etwa

$t = 0,7 (C1 \cdot R2)$

Die Zeit t ist nahezu unabhängig von der Betriebsspannung, die abgebildete Beispielschaltung verträgt jedoch nur eine Speisespannung von bis zu 5 Volt, da ansonsten die Basis von Q2 zu Impulsbeginn einen Wert unterhalb von -5 Volt annimmt - ein typischer Grenzwert von Bipolartransistoren.

Sowohl nicht retriggerbare als auch retriggerbare Monoflops gibt es als Integrierte Schaltkreise, die lediglich die zeitbestimmenden Bauteile (einen Widerstand und einen Kondensator) als externe Beschaltung benötigen. Diese Bausteine weisen eine wesentlich geringere Betriebsspannungs- und Temperaturabhängigkeit der Impulsdauer auf als obige Beispielschaltung. Mit ihnen lassen sich Zeiten von etwa 50 ns bis etwa 1 s realisieren. Bei größeren Zeiten sind gute, große und daher teure Kondensatoren erforderlich; man verwendet daher bei größeren Zeiten stattdessen Integrierte Schaltkreise, die einen internen Frequenzteiler besitzen, der von einem Multivibrator gespeist wird. Die Frequenz des Multivibrators ist ebenso wie bei Monoflop-Schaltkreisen mit einem externen Widerstand und einem Kondensator wählbar. Erreicht der Multivibrator die Impulszahl des Teilerverhältnisses, wird der Ausgangsimpuls beendet. Oft ist der Frequenzteiler programmierbar, sodass sich Zeiten von Sekunden bis zu mehreren Stunden erzielen lassen.

Anwendungsbeispiele

Die Funktion eines Monoflops ist zum Beispiel in einem Treppenlichtautomat realisiert, bei dem auf Knopfdruck das Licht für eine bestimmte Zeitspanne eingeschaltet wird. In diesem Anwendungsfall ist ein nachtriggerbares Monoflop sinnvoll, da hierdurch die Lichtphase durch erneutes Drücken verlängert werden kann.

Weitere Anwendungen sind:

• Impulsgeneratoren
• Bestandteil von Frequenz-Spannungs-Wandlern und Drehzahlmessern
• Verlängern eines kurzen Impulses auf eine definierte Länge
• Zeitrelais

Siehe auch

• Kippstufe, Multivibrator, Flipflop
• Zeitrelais
• Trigger

Weblinks

• Ein spezielles, rücksetzbares Monoflop und eine praktische Anwendung Die Schaltung ist eine funktionelle Kombination aus Monoflop und Flipflop