Bausatz: Selbsthalteschaltung mit Reset

Diese Selbsthalteschaltung würden Elektroniker als bistabile Kippstufe oder Flip-Flop bezeichnen. Es geht bei dieser Schaltung darum, einen Zustand am Ausgang zu halten, auch wenn der Eingang sich geändert hat. Und das solange, bis der Zustand zurückgesetzt wird. Das ist im Prinzip ein 1-Bit-Speicher.
Je nach Anwendungsfall kann das eine Speicherschaltung für einen Zustand oder auch eine Auto-Power-Off-Schaltung sein.

Kurz beschrieben wird diese Schaltung als Selbsthaltung mit Reset-Funktion.

• Wird der Eingang SET (IN) kurz gegen Ground (GND) geschaltet, dann liegt am Ausgang VCC (OUT) die Spannung von nahezu VCC an. Diesen Zustand hält die Schaltung selber.
• Wird der Eingang RESET (IN) kurz gegen Ground (GND) geschaltet löst sich die Selbsthaltung auf und der Ausgang VCC (OUT) wird abgeschaltet.

Funktionsbeschreibung

Im Grundzustand sperrt MOSFET1 und am Ausgang VCC (OUT) liegt kein Signal an.

• Durch einen schließenden Kontakt (z. B. Taster) zwischen SET (IN) und GND bzw. dem Gate (G) von MOSFET1 und GND wird der MOSFET1 leitend. Der Widerstand zwischen VCC (OUT) und RESET (IN) führt dazu, dass der bipolare Transistor TRS1 leitend wird und die Aufgabe des schließenden Kontakts übernimmt. Der Transistor TRS1 hält das Gate (G) von MOSFET1 auf GND. Die Schaltung nimmt dabei einen selbsthaltenden Zustand an.
• Durch einen schließenden Kontakt (z. B. Taster) zwischen RESET (IN) und GND sperrt der Transistor TRS1. In der Folge löst sich die Selbsthaltung der Schaltung auf und auch MOSFET1 sperrt wieder. Dabei wird die Durchleitung von VCC an VCC (OUT) getrennt.

Warum ist wird die mittleren Klemme nicht genutzt?

Der Nachteil der dieser Schaltung ist, dass deren Zustand nicht erkennbar ist. Außerdem möchte man einen Aufbau mit diesem Bausatz erst einmal testen, aber noch kein Endgerät am Ausgang anschließen. Dann ist es hilfreich, wenn man eine LED in Reihe zum Widerstand R2 schaltet, die anzeigt, ob der MOSFET durchgeschaltet ist. Dafür braucht man eine zusätzliche freie Klemme, um die Kathode der LED mit dem Widerstand R2 verbinden zu können.

Betriebs- und Steuerspannung

Diese Selbsthalteschaltung funktioniert für Logik-Pegel mit 3,3 und 5,0 bis 20 Volt. Sie arbeitet im niedrigen Spannungsbereich, aber nicht effizient. Bei höheren Spannungen, z. B. 9 Volt funktioniert sie besser.

Laststrom

Der Laststrom durch den MOSFET1 vom Typ BS250 darf maximal 200 mA (I_D_max) betragen.
Muss der Laststrom durch den MOSFET1 größer sein, dann kann man einen FQP27P06 verwenden. Das ist ein P-Kanal-MOSFET im TO-220-Gehäuse. Aber der schaltet bei weniger als 4,0 Volt noch weniger gut durch.

Bauteile

• 2 x 2er Klemmleiste KF301, blau
• 1 x 3er Klemmleiste KF301, rot
• 1 x Stück Draht

• MOSFET1: P-Kanal-MOSFET, z. B. BS250 oder FQP27P06
• TRS1: NPN-Transistor, z. B. BC547, PN2222, 2N3904 oder vergleichbar
• R1: Metallfilm-Widerstand 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange-Braun)
• R2: Metallfilm-Widerstand, 10 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Rot-Braun)

Alternativen

• R1: Widerstand zwischen 10 und 100 kOhm
• R2: Widerstand zwischen 10 und 100 kOhm

Optional

• Zusätzliche LED in Reihe zum Widerstand R2.

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• Widerstand
• MOSFET
• NPN-Transistor
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Die Selbsthalteschaltung ist im Prinzip eine bistabile Kippstufe, bei der es darum geht, die Schaltung in zwei unterschiedlichen Zuständen zu bekommen. Das kann mit Tastern erfolgen, aber auch mit Sensoren oder anderen Stromkreis-schließenden Bauteilen.
Außerdem benötigen wir eine LED mit Vorwiderstand zur Anzeige des Ausgangszustands.

Die Selbshalteschaltung hat Anschlüsse für die Stromversorgung, zwei Steuereingänge und einen schaltbaren Ausgang.

• Einen Taster schaltet man zwischen den Setz-Eingang und Ground (GND).
• Den anderen Taster schaltet man zwischen den Rücksetz-Eingang und Ground (GND).
• Die LED mit Vorwiderstand schaltet man zwischen Ausgang und Rücksetz-Eingang

Durch Betätigen der Taster kann man die Schaltung in den einen oder anderen Zustand wechseln lassen.

Am Ausgang kann man auch ein Bauteil mit Strom versorgen. Der Setz-Eingang (SET) ist der Signal-Eingang, dessen Zustand gespeichert wird. Über den Rücksetz-Eingang (RESET) kann man den Zustand zurücksetzen, wobei der Ausgang abgeschaltet wird.

Hinweis: Hierbei ist zu beachten, dass der maximale Strom über den MOSFET von dessen Typ abhängig ist. Genauer gesagt vom maximalen Drain-Strom I_D. Man kann also nicht jedes beliebige Gerät anschließen, sondern muss dessen Maximalstrom beachten.

Die Selbsthalteschaltung wird zwischen Ausgang eines Sensors und Eingang eines signalgebenden Bauteils geschaltet. Statt einem Sensor kann man auch einen Taster verwenden. Das signalgebende Bauteil kann eine LED, ein Summer, ein Vibrationsmotor oder etwas anderes sein. Denkbar wäre auch ein Motor, der eingeschaltet werden soll.