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Durch äußere Einflüsse gekippt: das Flipflop

Durch äußere Einflüsse gekippt: das Flipflop

Veröffentlicht am 12.10.2022

Zugbetätigte Schalter z. B. geben nur kurze Impulse ab. Wollen wir das abgegebene Signal für längere Zeit erhalten, weil damit vielleicht eine Blockstrecke gesperrt werden soll, müssen wir es speichern. Mit einem Flipflop lassen sich bestimmte Ereignisse »merken«, bis es wieder in den neutralen Zustand zurückversetzt wird. 

Als Flipflop kommt ein bi­sta­biles Relais in Betracht, das von einem Kontakt gesetzt und von einem anderen Kontakt zurückgesetzt wird. 

Schaltung FlipflopsSchaltung FlipflopsDie elektronische Variante zum bistabilen Relais ist das Flipflop. Die Abbildung zeigt links die Variante mit NPN-Transistoren, rechts mit PNP; letztere nur als Zusatzinformation, denn in der Modellbau-Elektronik wird grundsätzlich mit NPN gearbeitet.

Nachdem Sie eine solche Schaltung an die Stromversorgung angeschlossen haben, wird eine der beiden Leuchtdioden leuchten. Nur eine, niemals beide gleichzeitig. Der Ausgang auf der Seite mit der leuchtenden LED ist negativ, weil der Transistor dieser Seite leitet. Der Transistor der Gegenseite sperrt, weil das negative Potential über den Widerstand R1 bzw. R2 an dessen Basis gelangt.

Die Schaltung ist voll symmetrisch; deshalb kann man nicht vorhersagen, welche der beiden LED beim Einschalten aufleuchtet. Das ist von vielfältigen Einflussfaktoren abhängig, zum Beispiel von der Streuung der Bauteiletoleranzen, von Übergangswiderständen in den Anschlüssen oder Lötstellen, ja sogar Ihr bioelektrisches Feld kann Einfluss darauf nehmen, wenn Sie eine Hand nahe an die Schaltung halten.

In der Fachsprache heißt dieser Grundzustand, dass das Flipflop „nicht gesetzt“ ist. Dabei handelt es sich um eine völlig freie Definition, je nachdem, welche Seite Sie als die primäre definieren.

Zum Umschalten sind in der Schaltung zwei Taster vorgesehen, bezeichnet mit S1 und S2. Um das Flipflop umzuschalten, müssen wir den Taster auf der aktiven Seite betätigen. Damit erhält die Basis des leitenden Transistors direkten Kontakt mit Minus und sperrt. Die LED erlischt, liefert nun aber positives Potential an die gegenüberliegende Basis, welche daraufhin durchschaltet, den dortigen Ausgang mit Minus-Potential versorgt und diese LED aufleuchten lässt. Die Schaltung ist „gekippt“ und bleibt auch so, wenn der Taster losgelassen wird.

Erst ein Druck auf den Taster der nun aktiven Seite lässt den eben beschriebenen Vorgang spiegelverkehrt ablaufen, das Flipflop kippt zurück. Mehrfaches Triggern auf derselben Seite ändert nichts am Zustand des Flipflops.

Mit dem Flipflop sind wir in der Lage, mit Hilfe zweier unterschiedlicher Eingangsinformationen zwei entgegengesetzte Schaltzustände und damit Informationen zu speichern. Treten an die Stelle der Taster vom Zug ausgelöste Schalter, die negative Schaltimpulse liefern, lässt sich damit eine Blockstrecke steuern: Fährt ein Zug in den Blockabschnitt ein, setzt er das für diesen Blocks zuständige Flipflop. Verlässt er den Block, setzt er das Flipflop des nächsten Blocks und setzt dasjenige des verlassenen Blocks zurück. Alle Folgerungen aus diesen Feststellungen lassen sich dann über die Kollektor-Ausgänge veranlassen, also Signale setzen, Zwangsbremsung nachfolgender Züge veranlassen etc.

Etwas ärgerlich ist, dass man beim Einschalten der Stromversorgung vorher nie genau sagen kann, ob das Flipflop denn nun gesetzt oder nicht gesetzt sein wird. Doch hier ist leicht Abhilfe möglich. Ein kleiner 10nF-Kondensator parallel zu einem der Schalter kann einen sicheren Einschaltzustand verursachen, weil er sich beim Hochfahren der Anlage auflädt und so für den sonst vom Schalter erzeugten Impuls sorgt.

Bild SchaltungsaufbauBild Schaltungsaufbau

Aufbauvorschläge für Flipflops in unterschiedlichen Techniken,
die LED dienen sowohl als PullUp als auch zur optischen Kontrolle.

 

Der geringe Platzbedarf spricht eindeutig zugunsten der IC-Lösung, jedoch verfügt diese nur über einen Ausgang.

Unschlagbarer Vorteil der Lösung mit dem bistabilen Relais bleibt allerdings dessen »Merkfähigkeit« über das Abschalten des Stroms hinaus.

Die Transistor-Schaltung dagegen ist flexibler und lässt sich als Teil einer komplexen Schaltung leichter an irgendwelchen freien Stellen der Platine unterbringen. Sind höhere Leistungen zu schalten, können die Transistoren direkt durch Leistungstransistoren ersetzt werden. 

Auch wenn Sie die Leuchtdioden an den Ausgängen nicht benötigen, sollten Sie sie einbauen, denn sie liefern Ihnen die Kontrollinformation, welchen Zustand das Flipflop gerade hat. Das gilt auch für die IC- und Relais-Lösung.

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