Elektronik Seite : 1 Aufgaben zu zweistufigen Transistorschaltungen 1. Erkläre warum die Flipflop-Schaltung zwei stabile Zustände hat. Gehe zunächst davon aus, dass die LED 1 leuchtet, zeige, dass dieser Zustand erhalten bleibt. 2. Nun sei die LED 2 an, erkläre warum die Schaltung in diesem Zustand bleibt. LED 2 leuchtet, also schaltet T2 durch. Der Kollektor von T2 liegt an Minus. Durch die Rückkopplungsleitung 2 ist die Basis von T1 an Minus angeschlossen. T1 sperrt. Der Kollektor von T1 liegt an Plus. Durch die Rückkopplungsleitung 1 ist die Basis von T2 an Plus angeschlossen. T2 schalet weiterhin durcht. 3. Es ist nicht notwendig, dass die Rückkopplungswiderstände 10 kW betragen. Jemand benutzt Widerstände von 2 kW und wundert sich, warum nun dauernd beide LEDs leuchten. Wie fließt der Strom bei dem Fall, bei dem T2 durchschaltet und T1 sperrt ? (zeichne mit verschiedenen Farben ein.) Der Strom fließt vom Pluspol Durch R1 und LED1. Danach verzweigt er sich. Ein Teil fließt durch den Widerstand R5 und über die Basis von Transistor 2 zu Minus. Ein Teil über Kollektor und Emitter von T1 nach Minus. Wenn nun der Widerstand R5 zu klein ist, so reicht dieser Strom über die Basis von T2 aus, um die LED zum Leuchten zu bringen auch wenn T1 sperrt. 4. Mit einer Lichtschranken-Schaltung soll ein FlipFlop so angesteuert werden, dass bei Verdunkelung des LDR das FF gesetzt wird (LED 2 leuchtet) , ohne dass eine erneute Beleuchtung des LDR das wieder rückgängig machen kann. Wie müssen die beiden Schaltungen verbunden werden. Die Diode D1 sorgt dafür, dass nur das „Minus-Signal“ an die Basis von T1 gelegt wird. Das FF kippt um (rote LED leuchtet) . Mit dem Taster S1 kann man das FF wieder zurücksetzen. Elektronik Seite : Aufgaben zu zweistufigen Transistorschaltungen 5. Mit einem Flipflop soll ein Relais angesteuert werden. Wenn man das Relais einfach anstatt der LED und dem Vorwiderstand schaltet, kann es sein, das das FF nicht mehr funktioniert. Wir benutzen deshalb eine weitere Schaltstufe um das Relais zu schalten. Wie muss die Verbindung der beiden Schaltungen sein ? In der Regel reicht der Widerstand R7 (etwa zwischen 1kΩ und 10kΩ). Falls T3 bei einem zu kleinen Widerstand R7 aber dauernd durchschaltet, benutzt man einen „pull down-Widerstand“, so dass T3 sperrt, wenn T2 durchschaltet. 6. Jemand macht den Vorschlag, die Verzögerungsschaltung, die wir bei den einstufigen Transistorschaltungen benutzt haben, mit zwei Schaltstufen zu kombinieren. a) Versuche die Funktionsweise der Schaltung zu erklären. Der Taster S1 wird kurz geschlossen und dann wieder losgelassen (geöffnet). Was macht dann T1 bzw. T2 Wenn der Taster S1 kurzzeitig geschlossen wird, so lädt sich der Kondensator schlagartig auf. Wird der Taster wieder losgelassen, so ist nun die Basis von T1 über den Widerstand R2 an Plus angeschlossen und T1 schaltet demnach durch LED1 leuchtet. Der Kollektor von T1 liegt dann aber an Minus. Die Basis von T2 liegt deshalb an minus und T2 sperrt. Der Kondensator entlädt sich aber durch den Strom über die Basis von T1. Sinkt die Spannung am Kondensator unter 0,7 V, so sperrt T1 wieder und LED1 geht aus. Dann liegt aber am Kollektor von T1 die PlussSpannung und T2 schaltet durch und LED 2 leuchtet. b) Wird der Kondensator bei offenem Taster geladen oder wieder entladen ? Der Kondensator entlädt sich über die Basis von T1 c) Weiche Bauteile entscheiden über die Einschalt-Dauer von LED 1 ? Die Kapazität des Kondensators und der Widerstand von R2. Je größer die beiden sind, desto länger dauert der Vorgang. d) Wirkt in dieser Schaltung die rechte Schaltstufe auf die Linke zurück ? Nein e) Welche Eigenschaft hat die rechte Schaltstufe ? Sie zeigt immer das Gegenteil der linken Schaltstufe an. Es handelt sich um die logische NichtSchaltung (Not) f) Wie kann man die Schaltzeit hier stufenlos einstellen ? Durch Verwendung eines Potentiometers in der Schaltung als verstellbarer Widerstand anstatt des Widerstandes R2 g) Jemand macht den Widerstand R2 sehr groß ( 1MW ) und wundert sich, dass die Schaltung nicht mehr funktioniert. Kannst du den Fehler erklären ? 2 Elektronik Seite : 3 Aufgaben zu zweistufigen Transistorschaltungen Nun ist die Basisstromstärke von T1 zu klein. T1 schaltet nicht mehr richtig durch. Für längere Schaltzeiten muss man in diesem Fall die Kapazität des Kondensators vergrößern. 7. Bei der FlipFlop – Schaltung möchte ein Schüler die LED mit Vorwiderstand jeweils durch ein Lämpchen austauschen. (Die Lämpchen brauchen eine Stromstärke von 100 mA) Die Schaltung funktioniert nicht mehr. Was würdest du vorschlagen, um die Schaltung wieder (mit Lämpchen) in Gang zu bringen ? (Hinweis : Die Stromverstärkung eines Transistors ist etwa 100) Die Basisstromstärke muss in diesem Fall 1mA sein. Bei einer Batteriespannung von 9V können wir den Basiswiderstand mit dem Ohm‘schen Gesetz berechnen U 8,3V R 8300 I 0, 001A 8. Welche wichtige Eigenschaft hat die Schmitt-Trigger-Schaltung? a) Ergänze die nebenstehende Schaltung zu einer Schmitt-Trigger-Schaltung. b) Ein besonderes Merkmal der STS ist der gemeinsame …………… Was ist gemeint ? c) Die STS soll durch einen LDR angesteuert werden. Wie ist die Schaltung im Prinzip zu ergänzen ? Das besondere Merkmal der Schmitt-Trigger-Schaltung ist der gemeinsame Emitterwiderstand. Er sorgt dafür, dass die Schaltung beim Überschreiten der Schaltschwelle schnell in den anderen Zustand umkippt. 9. Wie kann man bei Blinkschaltungen die Frequenz vergrößern ? 10. Wie kann man die Frequenz verkleinern ? Die Basiswiderstände und die Kondensatorkapazitäten bestimmen die Frequenz. Je größer C und R gewählt werden, desto kleiner ist die Frequenz. 11. Wie blinkt die Schaltung, wenn ein Kondensator 1000F und der andere nur 100F hat ? Die Schaltung blinkt dann nicht mehr symmetrisch. Damit kann man unterschiedliche Einschaltdauern für die beiden Leuchtdioden erzeugen. 12. Man möchte die Frequenz stufenlos verstellen, wie soll die Schaltung abgeändert bzw. ergänzt werden ? 13. Welche Aufgabe kann die Diode D1 haben, wenn jemand, der die Schaltung nicht kennt, nicht genau weiß welches Kabel an + und welches Kabel an – angeschlossen werden muss ? Die Diode wirkt als Verpolungsschutz. Wenn Elektronik Seite : 4 Aufgaben zu zweistufigen Transistorschaltungen versehentlich oben der Minus-Pol angeschlossen wird, so sperrt die Diode. 14. Für LEDs, die ganz wenig elektrische Energie verbrauchen sollen, weil sie an eine Batterie angeschlossen sind, soll eine Flash – Schaltung gebaut werde. Die LED soll nur kurz aufblinken. Wie kann man das prinzipiell bewerkstelligen? Extrem unterschiedliche Kondensatoren bzw. Widerstände benutzen, so dass die Pausenzeit viel größer als die Einschaltzeit ist. 15. Wie fließt der Ladestrom von Kondensator C1, wenn der Transistor T1 gerade sperrt ? a) Zeichne den Strompfad mit grüner Farbe ein. Vom Pluspol über LED1 durch den Kondensator zur Basis von T2 und über den Emitter nach Minus. b) Wenn T1 sperrt, so entlädt sich der Kondensator C2, zeichne den Entladestrom mit blauer Farbe ein. C2 entlädt sich über den Kollektor und Emitter von T2. Auf der +Seite über den Widerstand R4 und das Poti. c) Wie merkt T1, dass der Kondensator C2 leer ist ? Welche Spannung UBE kann man dann an T1 messen. Dann ist die Basis von T1 an Minus angeschlossen und T1 sperrt 16. Überlege, wo Blinkzeichen verwendet werden ? Beispiele : Fahrtrichtungsanzeiger am Auto, Warnblinker, Blinklichter bei den Einsatzfahrzeugen von Polizei, Feuerwehr, Rettungskräften, ….. 17. Jemand hat die Widerstände von 10 kW durch 100 kW und die Kondensatoren von 100F durch 1F ersetzt. Nun leuchten beide LEDs. a) Funktioniert die Schaltung nun nicht mehr ? b) Durch welches Messinstrument kann man überprüfen, ob die Schaltung noch blinkt ? Es könnte sein, dass sich dadurch die Frequenz so erhöht hat, dass unser Auge die Hell und Dunkelschaltungen nicht mehr wahrnehmen kann. Man kann mit dem Vielfach-Messgerät die Frequenz messen. Mit einem Oszilloskop kann man das Schwingen sichtbar machen. Durch Anschluss eines hochohmigen Kopfhörers, kann man die Wechsel hörbar machen (Tongenerator)