Interessante Messungen/ Monostabile Kippstufe

Aus Wikibooks
Zur Navigation springen Zur Suche springen

Übersicht[Bearbeiten]

Monostabile Kippstufe - Analyse 000.png
Der Eingang ist der Impulsgenerator VG1 (Voltage Generator 1). VS1 (Voltage Source 1) ist die Spannungsversorgung. Das Voltmeter UCE2 (Kollektor-Emitterspannung von Tranistor 2) ist der Ausgang der Schaltung. Monostabile Kippstufe - Analyse 000.png

Blackbox Analyse[Bearbeiten]

Zuerst machen wir eine Blackbox Analyse der Schaltung. Das bedeutet konkret, dass wir die Schaltung simulieren. Dazu verwenden wir drei verschieden Lange Eingangsimpulse.
Wir sehen: Die Länge des Ausgangspulses ist unabhängig von der Länge des Eingangspulses.

White-Box Analyse[Bearbeiten]

Einschalten[Bearbeiten]

Schritt Beschreibung Schema
1 Wir gehen von diesem Schema aus: Monostabile Kippstufe - Analyse 001.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


2 Als erstes zeichnen wir die Spannungen der beiden Quellen ein: Monostabile Kippstufe - Analyse 002.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter
Am Anfang liefert die Spannungsquelle VS1 5V und der Signalgenerator VG1 0V.


3 Die Spannung des Signalgenerators VG1 erscheint direkt an UBE1: Monostabile Kippstufe - Analyse 003.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter
Folglich wissen wir, dass der Transistor T1 gesperrt sein muss.


4 Nun kommen wir zum Kondensator C2: Da wir die Schaltung gerade erst eingeschaltet haben, muss er leer sein, also 0V haben. Monostabile Kippstufe - Analyse 004.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


5 Der Kondensator beginnt nun, sich über R1 und die Basis-Emiter Strecke von T2 zu laden: Monostabile Kippstufe - Analyse 005.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


6 Durch den Strom IR1 schaltet der Transistor T2 ein: Monostabile Kippstufe - Analyse 006.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


7 Da IR1 relativ groß ist,[1] können wir davon ausgehen, dass der Transistor in Sättigung geht: Monostabile Kippstufe - Analyse 007.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


8 Folglich fließt ein Strom IR4: Monostabile Kippstufe - Analyse 008.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


9 Im Moment dominiert zwar IR1 den Basisstrom, aber wir dürfen IR2 nicht vernachlässigen: Monostabile Kippstufe - Analyse 009.png
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


10 Nun beobachten wir, was passiert während sich C2 lädt:
Als Zeitabstand zwischen zwei Betrachtungen wählen wir jeweils ein Tau.
Monostabile Kippstufe - Analyse 010.png
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


11 Monostabile Kippstufe - Analyse 011.png
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


12 Monostabile Kippstufe - Analyse 012.png
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


13 Monostabile Kippstufe - Analyse 013.png
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


14 Nach 5 Tau (R1 * C2) ist der Kondensator voll. Der Basisstrom für T2 kommt nun hauptsächlich von R2. Monostabile Kippstufe - Analyse 014.png
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


15 Sobald der Kondensator ganz voll ist (tau mal Unendlich) fließt kein IR1 mehr, der Basisstrom von T2 ist nur noch IR2. Praktisch können wir das schon nach 5 Tau sagen. Monostabile Kippstufe - Analyse 015.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


Schritt Beschreibung Schema

Triggern[Bearbeiten]

Schritt Beschreibung Schema
1 Wir beginnen mit der Funktionsbereiten Schaltung: Monostabile Kippstufe - Analyse 020.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


2 Als Trigger Signal gibt VG1 ein 5V Signal: Monostabile Kippstufe - Analyse 021.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter
R3 wirkt nun als Vorwiderstand für Die Basis-Emiter Strecke von T1. UBE wird also 0.7V:


3 R3 wirkt nun als Vorwiderstand für die Basis-Emiter Strecke von T1. UBE wird also 0.7V: Monostabile Kippstufe - Analyse 022.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


4 Da UBE nun 0.7V ist, geht der Transistor in Sättigung: Monostabile Kippstufe - Analyse 023.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter



5 Jetzt drehen wir erstmal den Spannungspfeil von C2 um und passen das Vorzeichen entsprechend an: Monostabile Kippstufe - Analyse 024.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter
Damit ist jetzt noch nichts passiert, aber das Vorzeichen ist für die nächsten Schritte günstiger.


6 Nun betrachten wir die Masche : UBE1 ist nun folglich -3.9V: Monostabile Kippstufe - Analyse 025.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


7 Folglich schaltet der Transistor aus: Monostabile Kippstufe - Analyse 026.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter



8 IR4 fliesst nun nicht mehr durch die Kollektor Emitter Strecke von T2 sondern durch R5: Monostabile Kippstufe - Analyse 027.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter


9 Transistor 1 wird nun also durch R4+R5 mit einem Basis Strom versorgt. Folglich spielt es keine Rolle mehr, ob VG1 weiterhin 5V ist oder 0V: Monostabile Kippstufe - Analyse 028.PNG
Zurück
Fairytale player pause.png
Weiter
Auf den ersten Blick mag dies nun verwirrend und/oder unwichtig erscheinen, aber dies ist eine wesentliche Schaltungseigenschaft: Das Signal von VG1 wurde mitgekoppelt und T1 befindet sich nun in einer Art Selbsthaltung.


10 Nun zum Kondensator zurück: C2 lädt sich nun über R2: Monostabile Kippstufe - Analyse 029.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


11 Monostabile Kippstufe - Analyse 030.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


12 Monostabile Kippstufe - Analyse 031.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


13 Monostabile Kippstufe - Analyse 032.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


14 Monostabile Kippstufe - Analyse 033.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


15 Sobald der Kondensator auf +0.2V geladen ist, sieht der Transistor +0.6V[2] und schaltet ein. Monostabile Kippstufe - Analyse 034.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


16 Da wir nun 0.6V am Transistor T2 haben, schaltet er ein: Monostabile Kippstufe - Analyse 040.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


17 IR4 fliesst nun durch T2: Monostabile Kippstufe - Analyse 041.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter
Nun kommt es darauf an, ob VG1 noch an ist oder nicht.


18 Annahme: VG1 ist an Monostabile Kippstufe - Analyse 050.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


19 IR2 fliesst durch die Basis-Emiter Strecke von T2. T2 bleibt somit eingeschaltet. IR1 fliesst durch die Kollektor-Emiter Strecke von T1. UC2 ergibt sich durch den Maschensatz UBE2=UCE1+UC2 Monostabile Kippstufe - Analyse 051.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter
Die Schaltung befindet sich in einem Stabilen Zustand, bis VG1 ausgeschaltet wird.


20 Annahme: VG1 ist aus Monostabile Kippstufe - Analyse 042.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


21 Die Basis Emitter Strecke von T1 wird nun weder von VG1 durch R3 noch durch R4+R5 versorgt. Der Transistor schaltet also aus: Monostabile Kippstufe - Analyse 043.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


22 IR1 und IR2 fliessen nun wieder durch die Basis Emiter Strecke von T2: Monostabile Kippstufe - Analyse 044.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


23 Da IR1 fliesst, beginnt C2 sich zu laden. Da es wieder zweckmässiger ist, drehen wir den Spannungspfeil wieder um: Monostabile Kippstufe - Analyse 045.PNG
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


24 C2 lädt sich nun wieder bis 4.3V. Wir sind wieder in der Ausgangsposition: Monostabile Kippstufe - Analyse 014.png
Zurück
Fairytale player play.png
Weiter


Schritt Beschreibung Schema

Einschränkungen[Bearbeiten]

  • Die Schaltung braucht Zeit zum erholen
  • die Schaltung ist nicht retriggerbar
  • Der Kondensator sieht eine negative Spannung (etwa UBE)
  • Die Basis-Emiter Strecke sieht eine negative Spannung (etwa U0)

Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. bezogen auf den Last Strom IR4 verursacht durch R4
  2. Normalerweise wird in diesem Buch 0.7V als Schaltspannung verwendet. Da die e-Funktion an dieser Stelle aber sehr steil ist, soll 0.6V an dieser Stelle zweckmässig sein