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Modul 3 und 4 Astabile Kippstufe LED Rot und Grün


Modul 3 und 4: Blinklichter Astabile Kippstufe

Durch sie wird jeweils eine rote oder eine grüne Leuchtdiode angesteuert, welche in dem Türrahmen angebracht ist. Das Blinklicht signalisiert den Rechts- bzw. Linkslauf des Motors und somit den Öffnungszustand der Tür. Angesteuert wird es von zwei astabilen Kippstufen, die ihr Signal von der Polwendeschaltung bekommen.

Grundprinzip

Die Astabile Kippstufe ist eine Schaltung aus dem Bereich der Elektronik. Sie kann zwei verschiedene Schaltzustände annehmen und wechselt bei Betrieb ständig zwischen diesen beiden Zustände hin und her. Sie hat keinen stabilen Zustand und ist somit astabil. Zur Realisierung dieser Schaltzustände werden zwei Transistoren verwendet, von denen der jeweils eine leitet(niederohmige Verbindung) und einer sperrt(hochohmige Verbindung) Unter Schaltzeit versteht man die Einschaltdauer eines Transistors, d.h. wie lange der Transistor leitet.

Vereinfachte Funktionsweise npn Transistor

Ein kleiner Strom der bei einem npn-Transistor den Basisanschluss hinein fließt, dient dazu, einen viel größeren Stromfluss zwischen Kollektor und Emitter zu steuern. Verursacht wird solch ein Strom durch eine angelegte Spannung zwischen Basis und Emitter. Mit steigender Spannung an Basis –Emitter, steigt der Strom zwischen Kollektor und Emitter. Auf diese Weise kann ein Transistor als Verstärker-Bauelement arbeiten. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Funktionsweise als elektronischer Schalter. Diese Funktion wird in unserer Schaltung genutzt.

Den Transistor erfanden die beiden amerikanischen Forscher John Bardeen (1908 - 1992) und Walter H. Brattain (1902 - 1987) in den Bell-Laboratories im Jahre 1948. Im Jahre 1956 erhielten sie dafür den Nobelpreis.

Das untere Bild zeigt den Aufbau schematisch: dunkel ist der eigentliche Grund-Kristall, daher der Name Basis für den daran befestigten Anschluß. Die Collector- und Emitteranschlüsse sind an zwei mit eindiffundierten anderen Atomen "dotierten" Kristallbereichen (hell) angesetzt.


Funktionsweise

Da die astabile Kippstufe keinen stabilen Zustand hat, gibt es keinen festgelegten Ausgangszustand, von dem aus man die Funktion der Schaltung erklären kann. Es ist dem Zufall überlassen, ob beim Anlegen einer Spannung zuerst Transistor T1 oder Transistor T2 durchschaltet. Eine Kippschaltung kann z.B. aus Transistorschaltstufen, die über Kondensatoren miteinander gekoppelt sind, aufgebaut werden. Ein Kondensator wird durch kurzzeitige Verbindung mit einer Gleichspannungsquelle geladen. Nach dem Umschalten entlädt er sich über die Basis-Emitter-Srecke eines Transistors. Der Transistor leitet. Je höher die Kapazität des Kondensators ist, umso länger ist der Transistor leitend.




Beschreibung unserer Schaltung

Über den Widerstand R3 und den Kondensator C2 fließt ein Basisstrom in den Transistor T1 und macht so die Kollektor-Emitter-Strecke leitend. Die LED leuchtet. Gleichzeitig wird der Kondensator C1 über die Emitter-Kollektor-Strecke negativ geladen und macht gemeinsam mit Widerstand R2 die Basis von T2 leitend. So werden die beiden Transistoren abwechselnd gesperrt bzw. leitend und die Schaltung beginnt zu schwingen und somit blinkt die LED. In unserer Projekt werden zwei Kippstufen benötigt, um eine grüne oder eine rote LED zum blinken zu bringen.


Funktionsweise Kondensator

Der Kondensator ist ein passives Bauelement aus der Elektrotechnik oder auch Elektronik. Er ist in der Lage, kurzzeitig elektrische Ladungen bzw. Elektrische Energie zu speichern.
Ein Kondensator besteht im Prinzip aus zwei, meist flächenhaften, metallischen Leitern, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt werden. Die kennzeichnende Größe ist seine Kapazität C. Diese wird in der Einheit Farad(F) angegeben.
Die einfachste Bauform eines Kondensators ist der Plattenkondensator. Dieser besteht aus zwei mit einer Zuleitung versehenen Metallplatten, zwischen denen sich ein Dielektrikum befindet. Kondensatoren werden in der Hochfrequenztechnik als Bestandteil von Schwingkreisen, sowie zu Trenn-, Koppel-, Entstör-, und Glättungszwecken eingesetzt.