Bistabile Kippstufe mit Transistoren (Flip-Flop)

Ein einzelner Transistor ist das wichtigste Bauteil in der Digitaltechnik und Computertechnik. Ein Flip-Flop ist im Vergleich dazu die wichtigste Grundschaltung. Ein bistabiles Flip-Flop kann mit zwei Transistoren und ein paar zusätzlichen Widerständen gebaut werden.
Es handelt sich dabei um zwei Schalterstufen. Wenn die eine Stufe durchschaltet, wird dadurch die andere gesperrt. Die beiden Transistoren sperren sich gegenseitig.

Ein Flip-Flop ist in der Lage einen Zustand an einem Eingang zu speichern und zu halten, auch wenn sich der Zustand geändert hat. Das bedeutet, ein Flip-Flop kann als Speicher für 1 Bit verwendet werden. Das Flip-Flop verfügt außerdem über einen Reset-Eingang, mit dem der Ausgangszustand wieder hergestellt werden kann.
Mit einem Flip-Flop kann man zum Beispiel einen Zustand oder die Ausgabe einer logischen Verknüpfung speichern.

• Flip-Flop

Funktionen der Taster

• Betätigt man den Taster S1, aktiviert man die Schaltung, die die Betätigung hält, auch wenn der Taster nicht mehr gedrückt ist.
• Die Betätigung vom Taster S2 wirkt wie ein Reset, der den gehaltenen Zustand zurücksetzt.

Was passiert in der Schaltung?

• Die Betätigung von Taster S1 führt dazu, dass der Transistor TRS1 durchschaltet. An seinem Kollektor-Anschluss führt er dann 0 Volt, wodurch der Transistor TRS2 gesperrt wird. Dadurch hat der Transistor TRS2 an seinem Kollektor 9 Volt, dass an die Basis von Transistor TRS1 zurückgeführt wird und dadurch die Basis von Transistor TRS1 auch bei nicht betätigtem Taster S1 bei 9 Volt bleibt. Das heißt, die 9 Volt werden dort gehalten.
• Wenn der Taster S2 betätigt wird, schaltet der Transistor TRS2 durch, und an der Basis von Transistor TRS1 liegen wieder 0 Volt an.

Liste

• R1: Metallfilm-Widerstand 1 kOhm, (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)
• R2: Metallfilm-Widerstand 1 kOhm, (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)
• R3: Metallfilm-Widerstand 100 kOhm, (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)
• R4: Metallfilm-Widerstand 100 kOhm, (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)
• LED1: Leuchtdiode, rot (oder andere Farbe)
• LED2: Leuchtdiode, rot (oder andere Farbe)
• TRS1: PN2222 (oder vergleichbarer Typ)
• TRS2: PN2222 (oder vergleichbarer Typ)
• S1: Taster
• S2: Taster

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• Taster / Schalter
• Widerstand
• Leuchtdiode (LED)
• Transistor
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

1. Baue die Schaltung auf und nehme sie durch Verbinden mit der Spannungsquelle in Betrieb. In der Regel ist LED1 an und LED2 aus. Vielleicht ist es aber auch genau umgekehrt.
2. Wenn die LED1 an ist, dann betätige den Taster S1.
3. Betätige den Taster S1 mehrmals hintereinander.
   
4. Wenn die LED2 an ist, dann betätige den Taster S2.
5. Betätige den Taster S2 mehrmals hintereinander.

1. Beim ersten Verbinden mit der Spannungsquelle nimmt die Schaltung irgendeinen Zustand an. Das heißt, man muss die Schaltung zuerst in einen Grundzustand bringen.
2. Wenn die LED1 an ist und Du betätigst den Taster S1, dann geht die LED1 aus und die LED2 an.
3. Wenn die LED2 an ist und Du betätigst den Taster S1, dann bleibt die LED2 an und die LED1 aus. Das heißt, der Zustand bleibt erhalten.
4. Wenn die LED2 an ist und Du betätigst den Taster S2, dann geht die LED2 aus und die LED1 an.
5. Wenn die LED1 an ist und Du betätigst den Taster S2, dann bleibt die LED1 an und die LED2 aus. Das heißt, der Zustand bleibt erhalten.

Gehen wir von dem Zustand aus, dass die LED2 leuchtet. Das ist dann der Fall, wenn der Transistor TRS2 leitet. Das Leiten vom Transistor TRS2 bewirkt auch, dass die Basis vom Transistor TRS1 über den Widerstand R4 mit 0 Volt verbunden ist. Das führt dazu, dass der Transistor TRS1 sperrt und demnach die LED1 nicht leuchtet.
Das Schließen von Taster S1 hat keine Wirkung, weil die Basis von TRS1 bereits auf 0 Volt liegt. Erst ein Schließen von Taster S2 legt die Basis des Transistors TRS2 auf 0 Volt, wodurch der Transistor TRS2 sperrt. Über die LED2 und die Widerstände R2 und R4 fließt ein Strom in die Basis von Transistor TRS1, wodurch der Transistor TRS1 leitet. Der Strom ist allerdings so klein, dass die LED2 ausgeht. Stattdessen leuchtet die LED1. Die Basis von Transistor TRS2 ist jetzt über den Widerstand R3 mit 0 Volt verbunden. Das erneute Schließen von Taster S2 ändert daran nichts.

Vom Flip-Flop ist es nicht weit zu einer astabilen Kippstufe. Mit nur wenigen Änderungen wird das Flip-Flop zum LED-Wechselblinker.

• LED-Wechselblinker