Monostabile Multivibratoren (Bsp. 74HC123)
Monostabile Kippstufen werden häufig bei zeitabhängigen Anwendungen eingesetzt. Der 74HC123 beinhaltet zwei Monostabile Kippstufen (en. Monostable oder One-Shot Multivibrator). Monostabil heißt, dass es einen stabilen Zustand gibt (Ausgang Q = LOW). Durch ein kurzen Trigger-Impuls an einem Eingang (positive Flanke am Eingang B oder negative Flanke am Eingang A) schaltet die Kippstufe auf den nicht stabilen Zustand (Ausgang Q = HIGH). Nach einer einstellbaren Zeit fällt der Ausgang automatisch wieder zurück auf den stabilen Zustand (Q = LOW).
Die Zeit in der die Kippstufe im nicht stabilen Zustand verbleibt wird durch einen externen Widerstand und Kondensator (RC-Glied) eingestellt. RX sollte dabei nicht kleiner als 5KΩ sein und CXnicht kleiner als 0pF. Die Pulsdauer kann grafisch aus dem Datenblatt ermittelt oder mit folgender Formel aus dem Datenblatt berechnet werden.
Einschaltzeit [s]= 0.45 × RX × CX
Während der der Multivibrator geschaltet ist, lässt sich durch erneutes Triggern die Einschaltzeit verlängern, oder durch den Reset-Pin jederzeit abbrechen.
Die Ausgänge lassen sich mit rund ±20mA belasten.
Pinbelegung
| Pin | Funktion |
|---|---|
| 1A | Triggereingang: Flanke von HIGH auf LOW (Idle LOW) |
| 1B | Triggereingang: Flanke von LOW auf HIGH (Idle HIGH) |
| 1R | Reset, Aktiv LOW (Idle HIGH) |
| 1RXCX | Gemeinsamer Anschluss für den Einstellwiderstand (auf VCC) und den Kondensator (auf 1CX) |
| 1CX | Zweiter Anschluss für den Kondensator zur Zeiteinstellung |
| 1Q | Ausgang für den positiven Puls (Idle GND) |
| 1Q | Anschluss für den negativen Puls (Idle VCC) |
| Pinbezeichnungen beginnend mit 2 sind für den zweiten
Multivibrator Nicht verwendete Eingänge müssen mit HIGH oder LOW verbunden sein. |
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Funktionsweise
Stabiler Zustand dauerhaft
Direkt nach dem Anlegen der Versorgungsspannung erhält die Basis von T2 Strom über den 20K Widerstand. Über den konstruktionsbedingten Basis-Emitter-Spannungsabfall stellt sich an der Basis ein Potential von rund 0,6V ein.
Durch das Schalten von T2 wird die Basis von T1 über den 100K Widerstand mit GND verbunden. T1 wird (oder bleibt) dadurch gesperrt (die im Bild rechts dargestellte Basisspannung von 38mV ergibt sich durch den Spannungsabfall von T2 zwischen Collector und Emitter).
Dieser stabile Zustand bleibt dauerhaft erhalten. Für die weitere Funktion wichtig ist noch, dass im RC Glied der Kondensator aufgeladen wird. Links liegt ein Potential von +5V an und rechts die +0,6V von der T2 Basis. In Summe also eine "Batterie" von 4,4V vorbereitet.
Nicht stabiler Zustand für eine bestimmte Zeitdauer
Durch einen kurzzeitigen Tastendruck wird die Basis von T1 mit Strom versorgt. T1 wird dadurch leitend und verbindet die positive Seite des Kondensators mit GND.
Ähnlich wie zwei in Reihe geschaltete Batterien verändert sich dadurch das Potential an den beiden Seiten des Kondensators. Die Linke Seite wird auf 0V gezogen und die rechte hat dadurch ein Potential von -4,4V.
T2 wird durch diese negativer Basisspannung sofort gesperrt und die Basis von T1 erhält über den 10K und 100k Widerstand Strom. Auch bei einem inzwischen nicht mehr betätigten Taste bleibt dieser Zustand dadurch zunächst bestehen.
Im RC Glied beginnt sich nun der Kondensator über den 20k Widerstand zu laden. Nach einer definierten Zeit (Abhängig von der Kapazität des Kondensators und des begrenzenden Widerstandes) wird auf der rechten Seite ein Potential von +0,6 V erreicht woraufhin T2 leitfähig wird und das Gesamtsystem wieder in den stabilen Zustand kippt.
IC Ansteuerung
Über den Taster wird ein HIGH Pulse an den Eingang B gelegt. Dadurch beginnt der Multivibrator für die eingestellte Zeit von 4,5s zu kippen und und zeitgleich leuchtet die LED.
Einschaltdauer = 0,45 × 100 kΩ × 100µF = 4,5s
Info: Der jeweils nicht benötigte Eingang (A oder B) muss dauerhaft auf den in der oberen Tabelle angegebenen "Idle" Zustand gelegt werden.