Interessante Messungen/ Monostabile Kippstufe

Übersicht

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.

Blackbox Analyse

Zuerst machen wir eine Blackbox Analyse der Schaltung. Das bedeutet konkret, dass wir die Schaltung simulieren. Dazu verwenden wir drei verschieden Lange Eingangsimpulse.

Eingangsimpuls kürzer als ton Eingangsimpuls etwa gleich wie ton Eingangsimpuls länger als ton

Wir sehen: Die Länge des Ausgangspulses ist unabhängig von der Länge des Eingangspulses.

White-Box Analyse

Einschalten

Schritt	Beschreibung	Schema
1	Wir gehen von diesem Schema aus:	Zurück Weiter
2	Als erstes zeichnen wir die Spannungen der beiden Quellen ein:	Zurück Weiter
	Am Anfang liefert die Spannungsquelle VS1 5V und der Signalgenerator VG1 0V.
3	Die Spannung des Signalgenerators VG1 erscheint direkt an UBE1:	Zurück 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.	Zurück Weiter
5	Der Kondensator beginnt nun, sich über R1 und die Basis-Emiter Strecke von T2 zu laden:	Zurück Weiter
6	Durch den Strom IR1 schaltet der Transistor T2 ein:	Zurück Weiter
7	Da IR1 relativ groß ist, können wir davon ausgehen, dass der Transistor in Sättigung geht:	Zurück Weiter
8	Folglich fließt ein Strom IR4:	Zurück Weiter
9	Im Moment dominiert zwar IR1 den Basisstrom, aber wir dürfen IR2 nicht vernachlässigen:	Zurück Weiter
10	Nun beobachten wir, was passiert während sich C2 lädt: Als Zeitabstand zwischen zwei Betrachtungen wählen wir jeweils ein Tau.	Zurück Weiter
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12		Zurück Weiter
13		Zurück Weiter
14	Nach 5 Tau (R1 * C2) ist der Kondensator voll. Der Basisstrom für T2 kommt nun hauptsächlich von R2.	Zurück 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.	Zurück Weiter
Schritt	Beschreibung	Schema

Triggern

Schritt	Beschreibung	Schema
1	Wir beginnen mit der Funktionsbereiten Schaltung:	Zurück Weiter
2	Als Trigger Signal gibt VG1 ein 5V Signal:	Zurück 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:	Zurück Weiter
4	Da UBE nun 0.7V ist, geht der Transistor in Sättigung:	Zurück Weiter
5	Jetzt drehen wir erstmal den Spannungspfeil von C2 um und passen das Vorzeichen entsprechend an:	Zurück Weiter
	Damit ist jetzt noch nichts passiert, aber das Vorzeichen ist für die nächsten Schritte günstiger.
6	Nun betrachten wir die Masche $U_{CE1}+U_{C2}=U_{BE1}$: UBE1 ist nun folglich -3.9V:	Zurück Weiter
7	Folglich schaltet der Transistor aus:	Zurück Weiter
8	IR4 fliesst nun nicht mehr durch die Kollektor Emitter Strecke von T2 sondern durch R5:	Zurück 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:	Zurück 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:	Zurück Weiter
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15	Sobald der Kondensator auf +0.2V geladen ist, sieht der Transistor +0.6V und schaltet ein.	Zurück Weiter
16	Da wir nun 0.6V am Transistor T2 haben, schaltet er ein:	Zurück Weiter
17	IR4 fliesst nun durch T2:	Zurück Weiter
	Nun kommt es darauf an, ob VG1 noch an ist oder nicht.
18	Annahme: VG1 ist an	Zurück 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	Zurück Weiter
	Die Schaltung befindet sich in einem Stabilen Zustand, bis VG1 ausgeschaltet wird.
20	Annahme: VG1 ist aus	Zurück 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:	Zurück Weiter
22	IR1 und IR2 fliessen nun wieder durch die Basis Emiter Strecke von T2:	Zurück Weiter
23	Da IR1 fliesst, beginnt C2 sich zu laden. Da es wieder zweckmässiger ist, drehen wir den Spannungspfeil wieder um:	Zurück Weiter
24	C2 lädt sich nun wieder bis 4.3V. Wir sind wieder in der Ausgangsposition:	Zurück Weiter
Schritt	Beschreibung	Schema

Einschränkungen

• 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)