Stromstoß-Umschalter (Flipflop mit nur 1 Taster)

[HaWe]

hallo,
ich versuche gerade ein bisschen Analogtechnik zu verstehen und bin dabei auf diese Seite gestoßen:
http://www.dieelektronikerseite.de/Lections/Stromstossschaltung%20-%20Nur%20ein%20Klick.htm

Hier wird über 1 Taster der Flipflopzustand geändert.

Meine Frage:

wozu dienen genau bei der Schalterbetätigung die beiden Kondensatoren C1 ind C2?

http://www.dieelektronikerseite.de/Pics/Lections/Stromstossschaltung%20-%20Nur%20ein%20Klick%20S03.GIF
(GIF wird hier als Grafikformat nicht unterstütz??? @admin: bitte ändern! Danke!)

Was würde passieren, wenn man die einfach wegließe? Ginge dann was kaputt?
Was wäre, falls sie wirklich nötig wären, wenn man sie durch kleinere Werte (z.B. 10-100nF) ersetzt?



ps,
hab gerade ganz unten im Text was über "Entprellen" gelesen.
Das hieße also: grundsätzlich ging's auch ohne, richtig?

[BMS]

Hallo,
wenn ich das richtig sehe würde das Flipflop ohne Kondensatoren in einen undefinierten Zustand gehen, da beide Transistoren bei gedrücktem Taster erst auf low gezogen werden und das Verhalten danach nicht klar ist.
Grüße,
Bernhard

[Peter(TOO)]

Hallo,

Meine Frage:
wozu dienen genau bei der Schalterbetätigung die beiden Kondensatoren C1 ind C2?

Ist doch alles genau im Link beschrieben, wie es funktioniert.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

ich hatte doch dann auch ergänzt, weil ein Hinweis erst ganz am Schluss dazu stand:

ps,
hab gerade ganz unten im Text was über "Entprellen" gelesen.
Das hieße also: grundsätzlich ging's auch ohne, richtig?

das war die einzige offene Frage.

[Peter(TOO)]

Hallo,

wozu dienen genau bei der Schalterbetätigung die beiden Kondensatoren C1 ind C2?

hab gerade ganz unten im Text was über "Entprellen" gelesen.
Das hieße also: grundsätzlich ging's auch ohne, richtig?

Nein, aber das steht in der Funktionsbeschreibung, was C1 und C2 machen.

C1 und C2 = 100nF sollte funktionieren, wenn die Flankensteilheit des Signals gross genug ist und da nichts prellt.

Wenn S1 gedrückt ist, dauert es bis C1 über R5 und R6, bzw. C2 über R2 und R4 geladen sind.
Nun kann man diese Zeitkonstanten so gross machen, dass sie grösser als die Prellzeit von S1 sind.

Andernfalls muss man S1 extra entprellen, dann sollten für C1/2 Werte bis etwa 1-10nF funktionieren.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

stimmt, mit kleineren Kondensatoren funktionierts, aber ohne glimmt die LED nur mehr oder weniger hell.
So ganz ist mir die Funktion der Kondensatoren allerdings doch noch nicht klar, warum man die zum Laden oder Entladen braucht.

[Hubert.G]

Zum laden oder entladen werden sie auch nicht gebraucht.
Sie sind entladen, beim Tastendruck wird einer geladen und nimmt dabei dem Transistor den Basisstrom weg. Dieser sperrt und damit kippt die Schaltung.

[PICture]

Hallo!

Ich habe die Beschreibung durchgelesen, möchte aber gefundene Fehler nur auf Wunsch komentieren. Für mich gibt es keinen "entprellten" Multivibrator als Flip-Flop. :confused:

[Peter(TOO)]

Hallo,

stimmt, mit kleineren Kondensatoren funktionierts, aber ohne glimmt die LED nur mehr oder weniger hell.
So ganz ist mir die Funktion der Kondensatoren allerdings doch noch nicht klar, warum man die zum Laden oder Entladen braucht.
Wie ist deine Schlatunge ohne Cs?

Wie erklärt man die Hardware einem Softie???

Wenn man R1, S1 und C1 und C2 weg lässt hat man ein RS-Flip-Flop.
Verbindest du die Kathode von D1 mit Masse setzt du es, entsprechend ist die Kathode von D2 der Reset-Eingang.

Nun soll das Flip-Flop aber mit jedem Impuls toggeln!

Das geht nur mit einem Zwischenspeicher, welcher den aktuellen Zustand des Flip-Flops speichert und entsprechend den Impuls auf S oder R schaltet.

Wenn S1 geöffnet ist und die LED leuchtet, wird C2 über R1, R7 und den durchgesteuerten T2 geladen (übrigens sind Elkos keineC1 und C2 keine gute Wahl und zudem falsch gepolt!). C1 wird über R1, R3 und R2 entladen.
Wird jetzt S1 geschlossen erzeugt der geladene C2 eine negative Spannung an der Basis von T2 und dieser sperrt. Der ungeladene C1 bewirkt praktisch nichts an der Basis von T1 aber durch den gesperrten T2 erhlt er über R5, R6 und R8 und LED einen Basisstrom und schaltet durch.

Die Schaltung ist so nicht langlebig:
1. C1 und C2 sind verpolt, die maximale Spannung beträgt, bei richtiger polung, um die 9V.
2. Wird S1 so lange geschlossen, sodass sich die Elkos ganz aufladen beträgt die Spannung -9V. So etwas bekommt einem Elko nicht über längere Zeit.
3. Der Impuls an der Basis beträgt entsprechend auch -9V. Nun liegt die Basis-Emitter-Sperrspannung eines Transistors bei maximal -5V bis -6V (Siehe Datenblatt)! Dadurch geht der Transistor langsam kaputt, praktisch nimmt mit der Zeit die Verstärkung laufen ad, bis die Schaltung dann irgendwann nicht mehr funktioniert.

Fazit: Funktioniert eine Weile und taugt als Lernmodell. Praktisch darf diese Schaltung so nicht verwendet werden!

MfG Peter(TOO)

[PICture]

Danke Peter(TOO) für richtige Beschreibung, die von mir gefundene Fehler erklärt. :D

[HaWe]

Ich verstehe jetzt deine Argumentationsrichtung nicht:

ist die Schaltung nur deswegen nicht "langlebig", weil die Elkos verpolt sind?
Ist es aber dann ok, wenn sie richtig rum gepolt sind?

Falls nicht:
wie sähe eine korrekt aufgebaute, "langlebige" Flipflopschaltung aus (nennt man ja wohl "T-Flipflop" wenn ich mich nicht irre) ? Irgendwo noch einen Vorwiderstand einfügen?
z.B. zwischen Schalter und GND?

[Peter(TOO)]

Hallo,

Ich verstehe jetzt deine Argumentationsrichtung nicht:
ist die Schaltung nur deswegen nicht "langlebig", weil die Elkos verpolt sind?
Ist es aber dann ok, wenn sie richtig rum gepolt sind?

Falls nicht:
wie sähe eine korrekt aufgebaute, "langlebige" Flipflopschaltung aus (nennt man ja wohl "T-Flipflop" wenn ich mich nicht irre) ? Irgendwo noch einen Vorwiderstand einfügen?
Die Elkos sind immer falsch gepolt, zumindest zeitweise, das geht nicht mit Elkos!

Das andere Problem sind die negativen Impulse an den Basen der Transistoren.
Bis 5V Betriebsspannung ist es kein Problem, da bleiben die Spitzen-Spannungen unter 5V.

Graupner hatte so einen Fehler ende der 70er Jahre serienmässig in einem Fernsteuerempfänger. An einer Impuls-Abtrennstufe lagen an der Basis eines Transistors Impulse mit -6.5V an. Die Empfindlichkeit (Reichweite) des Empfängers nahm dadurch dauernd ab und nach so 6 Monaten war er nicht mehr zu gebrauchen. Bei der Reparatur wurde dann immer nur der defekte Transistor ersetzt. Eine antiparallel eingesetzte Diode zur Basis-Emitter-Strecke löste dann das Problem.

Ist aber ein häufig anzutreffender Konstruktionsfehler.

Um was geht es dir eigentlich?
Ohne Elkos und bis +5V ist die Schaltung schon recht.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

ok, mit 100nF, die keine Elkos sind, geht es ja auch.
Aber ich brauche die Schaltung für 9V - also was tun?

[PICture]

.................................................. .................................................. ..................................................

Eine antiparallel eingesetzte Diode zur Basis-Emitter-Strecke löste dann das Problem.

[Peter(TOO)]

Hallo,

ok, mit 100nF, die keine Elkos sind, geht es ja auch.
Aber ich brauche die Schaltung für 9V - also was tun?
PIC hat da im Prinzip schon richtig zitiert.

Etwas besser wäre eine Serienschaltung aus Diode und Z-Diode. welche die Basis-Spannung auf 5V begrenzt.
Mit nur der Diode alleine wird die Zeitkonstante kürzer und das Entprellen funktioniert nicht mehr.
Aber das hängt halt auch davon ab, was es werden soll! Vor allen wie dein T-Flip-Flop angesteuert werden soll?

Bleibt es bei einem mechanischen Schalter, darf man nicht vergessen, dass die Prellzeiten mit dem Alter zunehmen. Auch die mechanische Konstruktion der Kontakte hat einen wesentlichen Einfluss. z.B. Schiebekontakte haben eine beliebig lange Prellzeit, diese Prellen so lange wie sie bewegt werden. Bei Kontakten welche springen hat man definierte Prellzeiten, aber auch diese nehmen mit der Abnutzung zu.

Also nochmals die Frage, was soll das ganze werden??????
Und wieso soll es mit einzelnen Transistoren aufgebaut werden?

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

Hallo,
danke für die Antwort.
Das ganze dient nur zu Übungs-, Verständnis- und Lernzwecken.

Das mit den Kondensatoren zum Umkippen der Schaltung nach Entladung durch den Taster ist mir inzwischen übrigens jetzt etwas klarer geworden

Zu deiner Lösung:

Eine antiparallel eingesetzte Diode zur Basis-Emitter-Strecke löste dann das Problem.

Inwiefern senkt eine "antiparallel eingesetzte Diode" die 9V Spannung, die der Grund für die zu hohe Transistor-Belastung war?

[021aet04]

Über die Diode (bzw Zenerdiode) begrenzt du die Spannung. Bei einer Diode bis etwa 1V (je nach Typ und Strom der fließt) und bei der Zenerdiode wird auf die Zener Spannung begrenzt. Man kann es auch simulieren, dann siehst du die Spannungen / Ströme und kannst es vielleicht besser verstehen. Ich verwende für Simulationen LTSpice.

MfG Hannes

[Peter(TOO)]

Hallo,

Inwiefern senkt eine "antiparallel eingesetzte Diode" die 9V Spannung, die der Grund für die zu hohe Transistor-Belastung war?
Eine Si-Diode fängt bei etwa 0.7V an zu leiten.

Neben einer Simulation wäre ein Oszilloskop auch hilfreich.

Da die Geschichte recht langsam ist, würde auch eines genügen, welches den Audio-Eingang benutzt. Da brauchst du nur die Software und ein paar Widerstände für den Spannungsteiler.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

den Spannungsabfall von 0,7V würde ich verstehen, wenn die Doede zwischen Basis und Emitter geschaltet wird, in Durchlassrichtung.
Aber warum antiparallel, also in Sperr-Richtung?


Eine antiparallel eingesetzte Diode zur Basis-Emitter-Strecke löste dann das Problem.

Und was machen 0,7V aus, wenn man 9V hat und es nur 5-6V sein dürfen?

5,5V Zenerdiode in Sperr-Richtung würde ich verstehen, aber wieso eine normale Diode antiparallel?

[Peter(TOO)]

Aber warum antiparallel, also in Sperr-Richtung?

Und was machen 0,7V aus, wenn man 9V hat und es nur 5-6V sein dürfen?

5,5V Zenerdiode in Sperr-Richtung würde ich verstehen, aber wieso eine normale Diode antiparallel?

Weil an der Basis -9V anliegen!
Und die 5-6V die maximale Sperrspannung der Basis-Emitter-Strecke sind.

Vorzeichen sind Glückssache :-P

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

aah - das wusste ich nicht, ob + oder -9V einen Unterschied machen, ich dachte, der Transistor hält generell keine 9V BE aus, egal welches Vorzeichen ;)

- - - Aktualisiert - - -

Die Emitter gehen aber ja direkt an GND, d.h. also :
Dioden von Emitter=GND zurück an die Basis, eben antiparallel/sperrend? Das bringt was? :confused:

[Peter(TOO)]

Hallo,

aah - das wusste ich nicht, ob + oder -9V einen Unterschied machen, ich dachte, der Transistor hält generell keine 9V BE aus, egal welches Vorzeichen ;)

- - - Aktualisiert - - -

Die Emitter gehen aber ja direkt an GND, d.h. also :
Dioden von Emitter=GND zurück an die Basis, eben antiparallel/sperrend? Das bringt was? :confused:

Die Basis-Emitter-Strecke ist eine normal Diode. Als Vorwärtsspannung können da nur maximal 0.6-0.7V auftreten, andernfalls brennt sie durch.
Der Bipolar-Transistor ist ein Stromverstärker und muss deshalb immer durch einen Strom angesteuert werden (Basis-Widerstand).
In Sperrrichtung verträgt diese Diode eben nur 5-6V.
Eine antiparallel geschaltete Si-Diode begrenzt dann die Basisspannung auf etwa -0.7V.

Eine Z-Diode ist eine speziell gezüchtete Diode. Jede Diode fängt beim Überschreiten der Sperrspannung irgendwann an zu leiten (Avalanche-Effekt). Bei Z-Dioden wird diese Spannung extra festgelegt. Bei kleinen Spannungen ist der Zener-Effekt wirksam.
Der Avalanche-Effekt hat einen positiven Temperaturkoeffizienten, der Zener-Effekt einen negativen. So zwischen 5V und 6V heben sich die beiden Temperaturkoeffizienten praktisch auf.

Das mit den Vorzeichen ist halt so eine Sache.
Bei NPN und PNP sind die Vorzeichen vertauscht.

Dann kommt es halt auch darauf an, welchen Begriff man verwendet.
Bei "Vorwärtsspannung" ist die Polarität durch die Diode gegeben und man kann diese Vorzeichenlos angeben.
Genau so ist es auch mit der "Sperrspannung" die brauch auch kein Vorzeichen.
Die "Basisspannung" benötigt dann ein Vorzeichen um eindeutig zu sein.

Das Ganze muss man als Vektor-Rechnung betrachten. Eigentlich ist es egal wie rum man den Pfeil zeichnet, man muss nur das Vorzeichen richtig verwenden.


Kennt man auch von "Beschleunigung", bei positiven Werten wird man schneller, bei negativen langsamer.
Umgekehrt ist es bei der "Verzögerung", da bremsen positive Werte und negative beschleunigen das System :-)
Für Berechnungen ist es egal welche Bezeichnung man verwendet, da muss dann "nur" das Vorzeichen stimmen.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

danke, das ist jetzt schon sehr viel Info, die ich erstmal sickern lassen muss.

Nochmal kurz daher zur Schaltung:
damit sie mir mit -9V nicht den Transistor zerstört, was wohl zwischendurch auftreten kann, soll ich also eine Diode von GND verkehrt herum an seine Basis legen, und dann werden es verträgliche - 5 - -6V ? Und dann passt alles?


Eine antiparallel eingesetzte Diode zur Basis-Emitter-Strecke löste dann das Problem.


http://www.dieelektronikerseite.de/Pics/Lections/Stromstossschaltung%20-%20Nur%20ein%20Klick%20S03.GIF

[Peter(TOO)]

damit sie mir mit -9V nicht den Transistor zerstört, was wohl zwischendurch auftreten kann, soll ich also eine Diode von GND verkehrt herum an seine Basis legen, und dann werden es verträgliche - 5 - -6V ? Und dann passt alles?

http://www.dieelektronikerseite.de/Pics/Lections/Stromstossschaltung%20-%20Nur%20ein%20Klick%20S03.GIF
Richtig, Anode kommt an Emitter (Masse) und die Kathode an die Basis.

Nein, es werden dann -0.7V, was aber dem Transistor auch bekömmlich ist! :-P
Also die Spannung an der Basis bewegt sich dann nur zwischen etwa +0.7V und -0.7V.

Noch etwas zur Halbleiterphysik:
Wenn die Raumladungszone angenommene 1µm beträgt, muss diese, mit 5V an der Basis, eine Isolationsfestigkeit von 5kV/mm haben.
Durch die hohe Feldstärke kommt es zu Ionenwanderungen und die Dotierungs-Atome verlagern sich im Kristall, wodurch dann, vor allem, die Verstärkung des Transistors abnimmt.

Das moderne CMOS Prozessoren, im Kern, nur mit Spannungen um 1 V arbeiten, hat vor allem mit der Isolationsfestigkeit zu tun. Die Gate-Isolation besteht aus Siliziumdioxyd ein hervorragender Isolator mit einer Isolationsfestigkeit von 400-1'000kV/mm, aber bei Dicken im Nanometer-Bereich bleibt da nicht mehr viel übrig...


MfG Peter(TOO)

[HaWe]

aaaa-haaaa!
DAS ist jetzt ein ganz neuer Gesichtspunkt, danke! 8)