Monoflop

Das Monoflop wird auf Deutsch auch monostabiler Multivibrator genannt.

Beschreibung

Beim Monoflop handelt es sich um eine Schaltung, welche nur einen stabilen Zustand besitzt („monostabil“). Der andere Zustand dauert nur eine bestimmte Zeit an. Damit ist es möglich, aus einem kurzen Impuls einen Impuls definierter Länge zu machen. Die Pulslänge ist über Bauteile am Monoflop einstellbar, meist eine RC-Kombination.

Für lange Zeiten (> 1 Sekunde) sollte man besser eine digitale Lösung anstreben, denn sonst werden die Widerstände und Kondensatoren zu groß. Große Elektrolytkondensatoren haben große Leckströme, welche die Zeiten verfälschen oder die Schaltung komplett unmöglich machen, wenn dazu noch die Widerstände zu groß werden. Digitale Monoflops verwenden einen RC-Oszillator mit relativ hoher Frequenz im kHz-Bereich, wofür man kleine Werte für Widerstand und Kondensator verwenden kann, welche sowohl weniger Platz brauchen, als auch temperaturstabiler und deutlich leckstromärmer sind. Durch einen nachgeschalteten Teiler mit sehr hohem Teilerverhältnis kann man dann sehr lange Zeiten von Sekunden bis Stunden erzeugen. Wer ganz modern sein will nimmt einen winzigen Mikrocontroller.

Nach einem Startimpuls wird der Ausgang für eine definierte Zeit auf high gesetzt. Nach Ablauf dieser Zeit fällt der Ausgang automatisch auf low zurück. Das ist ein normales Monoflop. Allerdings gibt es auch welche, bei denen man den Puls verlängern kann, indem man einen neuen Startimpuls generiert. Dann startet die Pulszeit neu, ohne dass der Ausgang zwischendurch auf low fällt. Im Englischen heißen diese retriggerable oder eingedeutscht „retriggerbar“.

Anwendung

Pulsüberwachung

Ein Monoflop kann genutzt werden, um ein Taktsignal zu überwachen. Das ist z. B. beim Multiplexen von LED-Matrizen von Vorteil, um einen Ausfall der Ansteuerung zu erkennen, wodurch sonst die LEDs zerstört würden.

Wird nun die Pulszeit ein klein wenig länger gewählt als die Periodendauer des zu überwachenden Signals, wird das Monoflop ständig auf high gehalten (dazu muss es natürlich ein „retriggerbares“ (retriggerable) sein). Ist die Periodendauer des zu überwachenden Signals zu groß bzw. fehlt das Signal völlig, dann geht der Ausgang auf low und zeigt damit den Fehler an (bzw. löst ein Reset des steuernden Mikrocontrollers aus).

Frequenz-Spannungswandler

Viele Sensoren liefern ein frequenzmoduliertes, digitales Signal. Dieses kann einfach und sicher über längere Strecken übertragen werden. Zur Auswertung muss es jedoch gemessen werden. Soll kein Mikrocontroller verwendet werden und nur eine analoge Auswertung erfolgen, so kann dies mit einem Frequenz-Spannungswandler bewerkstelligt werden.

Dazu dimensioniert man ein Monoflop dermaßen, dass bei der höchsten Frequenz (→ kleinste Periodendauer) die Pulsbreite des Monoflops ca. 90…95 % der Periodendauer des Sensorsignals wird. Wird nun die Frequenz des Sensorsignals kleiner, vergrößert sich die Periodendauer des Signals, die Dauer des High-Pulses bleibt aber gleich. Damit sinkt der Mittelwert des Signals. Über einen Tiefpass kann dieser gefiltert und anschließend angezeigt/gemessen werden. Das ist eine Anwendung von PWM als DA-Wandler.

Bauteile

• NE555, alte bipolare Version (Produktseite/Datenblatt von TI, von ST)
  • TLC555, Low-Power CMOS-Version
• 74HC123, dual retriggerable Monoflop, komplementärer Ausgang
• 74HC4538, dual retriggerable Monoflop mit besseren Eigenschaften als 74HC123
  • CD4538, klassische CMOS-Version davon, höherer Betriebsspannungsbereich
• CD4536B, programmierbarer CMOS-Timer für lange Zeiten
• MC14541, programmierbarer CMOS-Timer für lange Zeiten

Siehe auch

• Artikel NE555
• Forumsbeitrag: Monoflop mit NE555 und Taster

Weblinks

• 24 Hour Timer, digitaler Langzeittimer bis 24 h (englisch)