Astabilschaltungen

Astabile Schaltungen sind elektronische Oszillatoren, die keinen stabilen Ruhezustand besitzen. Sie wechseln fortlaufend zwischen zwei sich gegenseitig ausschließenden Spannungszuständen und erzeugen dadurch ein wiederkehrendes Rechtecksignal am Ausgang. Aufgrund dieses Selbstschaltverhaltens dienen sie als Taktgeber, Signalgeneratoren oder Blinker in elektronischen Schaltungen.

Die Funktionsweise basiert auf Rückkopplung und einem Speicherelement, meist einem Kondensator, der zwischen Laden und Entladen wechselt. Ein Widerstandsnetzwerk steuert die Lade- und Entladezeiten, bis eine Grenzspannung erreicht ist, woraufhin der Zustand umkehrt. Dieser zyklische Prozess wiederholt sich periodisch und ergibt eine regelmäßige Frequenz.

Gängige Implementierungen umfassen den Transistor-Astabil-Multivibrator (zwei Transistoren, gekreuzt gekoppelt), op-amp-basierte Astabilschaltungen sowie den 555-Timer im Astablenmodus. Im 555-Astablen-Schaltkreis bestimmt das Verhältnis der Bauteile R1, R2 und C die Zeiten für Hoch- und Tiefphase. Typische Formeln lauten t_high ≈ 0,693 (R1+R2) C, t_low ≈ 0,693 R2 C und f ≈ 1 / (0,693 (R1+2R2) C).

Anwendungen reichen von einfachen blinkenden LEDs über Frequenzgeneratoren bis zu Taktsignalen in Experimenten. Vorteile sind einfache Umsetzung, geringe Kosten und gute Frequenzabstimmung über RC-Werte; Einschränkungen umfassen nicht ideale Rechteckformen, Abhängigkeit von Versorgungsspannung und je nach Schaltung begrenzte Möglichkeiten, das Tastverhältnis exakt zu steuern.

Im Vergleich zu monostabilen Schaltungen (Impulsgeber mit fester Impulsbreite nach Trigger) und bistabilen Schaltungen (zwei stabile Zustände, Wechsel durch Trigger) handelt es sich bei Astabilschaltungen um kontinuierliche Oszillatoren.