Astabile Kippstufe

Ein Multivibrator ist eine elektronische Schaltung, die sich in zwei Zuständen befinden kann, zwischen denen sie hin und her schaltet. Sie besteht im Prinzip aus zwei wechselseitig gekoppelten Schaltern, wobei das Einschalten des einen ein Ausschalten des anderen zur Folge hat.

          ___________________________________ (+)
         _|_                _|_
        |   |              |   |
        |   |R1            |   |R2
        |_ _|              |_ _|
          |_________         |________
          | Q1      |        | Q2     |
          o        XXX K1    o       XXX K2
    ____>  / S1     |______>  / S2    |
   |      o                  o        |
   |      |                  |        |
   |      |__________________|________________ (-)
   |
   |__________________________________|

Die Schalter sind z.B. Transistoren oder Gatter, die eingeschaltet werden, indem man eine Spannung (im Bild: positiv) an ihren Steuereingang legt. Der jeweilige Ausgang Q1 bzw. Q2 der Stufe kann also je nach Stellung des Schalters an (+) oder an (-) liegen. R1 und R2 sind Widerstände, K1 und K2 sind die Kopplungsglieder, sie können Widerstände oder Kondensatoren sein. Die beiden Zustände des Multivibrators sind:

S1 eingeschaltet und S2 ausgeschaltet,
S1 ausgeschaltet und S2 eingeschaltet.

Bistabiler Multivibrator: K1 und K2 sind Widerstände. Beide Zustände sind stabil. Wenn S1 aus ist, liegt die Betriebsspannung (+) über das Koppelglied K1 an S2 und schaltet diesen ein. Da S2 den Ausgang Q2 mit (-) verbindet, liegt (-) am Steuereingang von S1 und dieser bleibt aus. Das Entsprechende gilt, wenn S2 aus ist. Dann ist S1 an. Um den Zustand des bistabilen Multivibrators zu ändern, muss man von außen ein Signal an den Steuereingang des momentan ausgeschalteten Schalters legen. Er schaltet dann ein und als Folge schaltet der andere aus. Anwendung: Speicherschaltung (Flip-Flop) in Computern.

Monostabiler Multivibrator: Eines der Koppelglieder ist ein Widerstand, z.B. K1, das andere ein Kondensator, z.B. K2. Es gilt zunächst das oben Gesagte, wenn S1 aus ist. Dann liegt (+) über K1 an S2 und hält ihn eingeschaltet. Dieser Zustand ist stabil. Wenn man ein Signal von außen an den Steuereingang von S1 legt, wird dieser eingeschaltet. Dadurch wird wieder S2 ausgeschaltet, und (+) wird über K2 an S1 gelegt und hält ihn eingeschaltet. Nun lädt sich aber der Kondensator K2 auf, bis kein Strom mehr durch ihn fließt. Folglich fällt das positive Signal am Steuereingang von S1 wieder ab und er schaltet wieder aus. Der zweite Zustand ist also nicht stabil, sondern die Schaltung fällt nach einer Zeit, die durch die Kapazität von K2 und die Größe von R2 gegeben ist (proportional zum Produkt R2*K2), wieder in den Anfangszustand zurück. Anwendung: Zeitgeber (Timer), um einen Stromkreis nur für eine bestimmte Zeit einzuschalten, z.B. Treppenhauslicht.

Astabiler Multivibrator: Beide Koppelglieder sind Kondensatoren. Somit ist jeder der beiden Zustände nicht stabil und die Schaltung kippt abwechselnd zwischen den beiden Zuständen hin und her. Durch die Größe von R1, K1 und R2, K2 kann man die Zeiten verändern, die die Schaltung jeweils in den beiden Zuständen verbringt. Ist R1*K1 = R2*K2, so ist sie in beiden gleich lang. Anwendung: Signalgenerator zur Erzeugung von (Kipp-)Schwingungen.