Digitale Schaltungstechnik/ Monoflop/ Beispiel

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Hinweis: Dieses Teilkapitel erfordert Grundkenntnisse in der Analogelektronik und insbesondere im Umgang mit Ladekurven von Kondensatoren im Gleichstromkreis. Sind diese Kenntnisse nicht vorhanden (sprich die folgende Herleitung des Impulsdiagrammes) sollte gleich auf das nächste Kapitel gesprungen werden.

Der Hintergrund ist, dass das verwendete RC-Glied einen assoziativen Anknüpfungspunkt zwischen vorhandenem und neuem Wissen sein soll. Wenn aber das RC-Glied bisher noch nicht Thema war, dann ist diese Beispielschaltung mehr verwirrend als hilfreich.

Beispielschaltung[Bearbeiten]

Schema

Betrachten wir uns diese Schaltung:

Analyse[Bearbeiten]

Die Kombination aus Widerstand und Kondensator ist typisch für Zeitabhängikeiten. Zeichnen wir also ein Impulsdiagram:


Beschreibung Schema Impulsdiagramm
Als erstes überlegen wir uns, welche Signale für uns interessant sein könnten.
  • der Eingang der Schaltung
  • Messpunkt 1
  • Messpunkt 2
  • der Ausgang der Schaltung
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 003.svg
Als nächstes legen wir die Startbedienung fest:
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 009.svg
Wir gehen davon aus, dass alle Signale am Anfang Low sind.
Der Set Eingang "E" ist unabhängig, wir können ihn also frei definieren:
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 008.svg
Da nun einer der Eingänge auf 1 ist, geht der Ausgang des ORs auf 1:
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 007.svg
Da der Kondensator im ersten Moment wie ein Kurzschluss wirkt, fällt alle Spannung am Widerstand ab:
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 006.svg
Durch die Spannung am Widerstand, geht der Schmitttrigger auf 1.
Da der Kondensator sich nun auflädt, sinkt die Spannung am Widerstand:
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 005.svg
Sobald die Spannung unter Umin geht, schaltet der Schmitttrigger um:
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 004.svg
Da nun keiner der Eingänge des ORs mehr auf 1 ist, geht der Ausgang auf 0:
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 004.svg
Da der Kondensator nun nicht mehr an Vcc, sondern GND hängt, ändert sich das Vorzeichen der Spannung und des Stroms.
Nach dem Entladen des Kondensators ist die Schaltung wieder in der Ausgangslage.
Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 001.svg
Im ersten Fall war der Eingangssignal kürzer als das Ausgangssignal.

Natürlich funktioniert die Schaltung auch dann, wenn der Eingangspuls länger als der Ausgangspuls ist:

Monoflop (OR).svg
Impulse Monoflop (OR) Impulse Analog 002.svg
Die Herleitung ist einfacher als im vorherigen Fall und sei dem Leser überlassen.
Beschreibung Schema Impulsdiagramm

Simulation[Bearbeiten]

Nun, Theorie ist gut und recht, aber stimmen die Überlegungen auch? Hier nun die Resultate einer Schaltungssimulation:

Zu beachten ist, dass die negative Flanke des Ausgangssignals weniger Steil ist als in der Überlegung.

Diese und andere Probleme lassen sich durch eine weiterentwickelte Schaltung lösen, aber wir verzichten bewusst darauf, da dies kein Lehrbuch zur Analogtechnik sein soll.

Andere Schaltungen[Bearbeiten]

Schaltung mit Transistoren

Natürlich ist die hier vorgestellte Schaltung nicht die einzig mögliche. Hier noch eine Schaltung nur aus Transistoren:

Die Analyse dieser Schaltung ist aber eher etwas für den Elektronikunterricht.