Die Ampelanlage

Die astabile Kippstufe

Astabile Kippstufe zur Steuerung des Blinklichts am Fußgängerüberweg

Die gelbe LED, die als Blinklicht am Fußgängerüberweg dient, wird mit einer Rechteckspannung angesteuert. Zur Erzeugung von Rechtecksspannung bis zu Frequenzen von einigen MHz verwenden wir die astabile Kippschaltung. Die Kollektorspannung steuert die LED.

Astabile Kippschaltungen werden mit zwei Transistoren aufgebaut. Sie arbeitet ähnlich wie eine monostabile Kippschaltung, jedoch wird hier das Ausgangssignal der zweiten Stufe über einen Kondensator auf den Eingang der ersten Stufe rückgekoppelt. Dadurch hat die Schaltung keinen stabilen Zustand und kippt ohne äußere Ansteuerung von einem Betriebszustand in den anderen.

Geht man davon aus, daß gerade der Transistor T1 durchgeschaltet wurde, so sinkt die Spannung an dessen Kollektor auf die niedrige Sättigungsspannung ab. Diese Spannungsänderung wird über den Kondensator C1 als negativer Impuls auf die Basis des Transistors T2 übertragen. Dadurch wird T2 gesperrt. Entsprechend wie in der monostabilen Kippschaltung entlädt sich nun der Kondensator C1 über dem Widerstand R1. Sobald sich die Polarität der Spannungen an diesem Kondensator umkehrt, wird die Spannung an der Basis von T2 positiv und dieser somit leitend. Der am Kollektor des Transistors T2 auftretende Spannungssprung gelangt jetzt über den zweiten Koppelkondensator C2 an die Basis von T1 und sperrt diesen. Der Kondensator C2 entlädt sich über den Widerstand R2 und lädt sich mit entgegengesetzter Polarität wieder auf. Schon bei einer geringen positiven Spannung an der Basis von T1 öffnet dieser, und der beschriebene Umschaltvorgang beginnt von neuem. Die Schaltung schwingt.

Die Zeiten, während denen die beiden Transistoren leitend sind, hängen von den Koppelkondensatoren C1 und C2 sowie von den Basiswiderständen R1 und R2 ab. Mit den Zeiten t1 und t2 kann die Frequenz der astabilen Kippschaltung bestimmt werden.

Ist die Schaltung symmetrisch aufgebaut, d. h. haben die Bauelemente beider Transistorstufendie gleichen Werte, so sind die Zeiten t1 und t2 gleich lang. Bei unsymmetrischem Schaltungsaufbau wird auch das Ausgangssignal unsymmetrisch. Es können dabei Tastverhältnisse bis etwa 1:1000 erreicht werden.

Das Ausgangssignal einer einfachen astabilen Kippstufe erreicht keine vollkommene Rechteckform. Sie kann jedoch nahezu erreicht werden, wenn z. B. in die Basisleitungen oder vor die Rückkopplungskondensatoren Dioden geschaltet werden.

Die astabile Kippschaltung wird als Rechteckgenerator für periodische Schaltvorgänge und in der Meßtechnik zur Untersuchung von Verstärkern verwendet. Wenn hohe Frequenzgenauigkeit verlangt wird, ist eine astabile Kippschaltung meist nicht mehr verwendbar. In diesem Fall schließt man einen frequenzgenauen Sinusoszillator an einen Schmitt-Trigger an. Die gewünschte Rechteckschwingung kann am Ausgang des Schmitt-Triggers abgenommen werden. Als Rechteckgeneratoren für größere Leistungen verwendet man Wechselrichter bzw. Gleichspannungswandler.