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2024-08-06T06:32:49Z

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Ein '''Kippschwinger''' ist eine [[Oszillatorschaltung]], genauer ein ''Relaxationsoszillator'', in der ein Energiespeicher wie beispielsweise ein [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] fortwährend geladen und in Kombination mit einem Bauelement mit fallender [[Kennlinie]], wie einer [[Glimmlampe]] oder [[Unijunctiontransistor]], entladen wird und dadurch eine [[Kippschwingung]] (Sägezahnschwingung) erzeugt wird. Durch zusätzliche Schaltungsteile wie [[Komparator (Analogtechnik)|analoge Komparatoren]] können weitere Schwingungsformen wie die [[Rechteckschwingung]] abgeleitet werden.

== Geschichte ==
[[Datei:NeonBulbRelaxationOscillator.svg|mini|Kippschwinger mit Glimmlampe nach Pearson–Anson]]
[[Datei:Doutnavka.svg|mini|Kennlinie einer Glimmlampe]]
Erste Kippschwinger gehen auf Arbeiten aus Anfang der 1920er Jahre zurück.<ref name="PSociety1"/><ref name="gb201374"/> Dabei wird eine Glimmlampe parallel zu einem [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] ''C'' geschaltet und über einen [[Widerstand (Bauelement)|Widerstand]] ''R'' von einer [[Gleichspannungsquelle]] gespeist. Es entsteht das für diese Schaltung typische Sägezahnsignal. Da es sich bei der Anordnung von Widerstand und Kondensator um ein [[Integrierglied]]<ref>{{Internetquelle |url=https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0206173.htm |titel=Impulsformerstufen: Differenzierglied/Integrierglied |abruf=2024-07-26}}</ref> handelt lässt sich durch Umkehrung der Anordnung von R und C ein [[Differenzierglied]] bilden mit welchem Nadelimpulse erzeugt werden.

Die Funktion ergibt sich aus dem [[Differentieller Widerstand|negativen differentiellen Widerstand]] der Glimmlampe zwischen ''A'' und ''B'': Zunächst ist die Schaltung im Grundzustand und der Kondensator entladen. Er wird über den Widerstand langsam aufgeladen, bis die Spannung das Niveau im Punkt ''A'' der Kennlinie erreicht. Bei diesem Punkt setzt die Glimmentladung ein, die Glimmlampe leuchtet, und der Strom durch die Glimmlampe springt auf einen Wert, der dem Punkt ''C'' entspricht. Nach sehr kurzer Zeit sinkt die Kondensatorspannung auf den Wert ''B''. Der Widerstand ist so hoch dimensioniert, dass der Dauerstrom für Punkt ''B'' nicht ausreicht. Die Glimmentladung in der Lampe erlischt und die Lampe wird hochohmig (Sprung zu Punkt ''D''). Anschließend wird der Kondensator wieder über den Widerstand bis zum Erreichen der Spannung in Punkt ''A'' aufgeladen.

Dieser Zyklus läuft periodisch ab und lässt die Glimmlampe blinken. Je nach Typ Glimmlampe und der Dimensionierung der Bauelemente lassen sich unterschiedliche Blinkfrequenzen realisieren. Die [[Periode (Physik)|Periodendauer]] ''t'' bestimmt sich mit den Bauelementewerten ''R'' und ''C'' zu:

:<math>t = RC \cdot \ln \left( \frac{U_0 - U_h}{U_0 - U_z} \right)</math>

mit der Zündspannung <math>U_z</math> im Punkt ''A'' und der Haltespannung <math>U_h</math> der Glimmlampe im Punkt ''B''. Die Versorgungsspannung <math>U_0</math> muss höher als die Zündspannung sein.

== Elektronische Schaltung ==
[[Bild:Kippschwinger mit Schmitt-Trigger.GIF|mini|Kippschwinger mit invertierendem Schmitt-Trigger]]
Statt einer Glimmlampe kann in elektronischen Schaltungen jedes Bauelement mit einer negativen Kennlinie, das ist der fallende Kennlinienabschnitt zwischen den Punkten ''B'' und ''A'' in der Glimmlampenkennlinie, wie [[Relaisröhre]]n, [[Diac]]s<ref name="LEDNetz"/> oder [[Unijunctiontransistor]]en in Verbindung mit einem Energiespeicher und geeigneter Dimensionierung als Kippschwinger eingesetzt werden. Relaisröhren und die später entwickelten Unijunctiontransistoren wurden durch [[integrierte Schaltung]]en wie den invertierenden [[Schmitt-Trigger]] abgelöst. Eine fallende Kennlinie kann außerdem durch [[Mitkopplung]] erzeugt werden.

Zunächst sei der Kondensator C ungeladen. Dann ist die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers + 5 V. Der Kondensator wird über den Widerstand R aufgeladen und wenn die obere Schaltschwelle des Triggers (etwa 3 V) überschritten ist, kippt die Ausgangsspannung auf 0 V und der Kondensator wird über den Widerstand entladen. Nach kurzer Zeit ist die untere Schaltschwelle unterschritten, der Ausgang springt wieder auf + 5 V, und die Periode beginnt von vorne. Am Kondensator entsteht ein nahezu dreieckförmiger Spannungsverlauf, am Ausgang des Schmitt-Triggers kann ein rechteckförmiger Spannungsverlauf abgenommen werden.

Weitere elektronische Kippschwingerschaltungen basieren auf dem weit verbreiteten IC [[NE555]].

Ein direkter Verwandter nach dem Funktionsprinzip ist der [[Multivibrator]], der als zwei zusammengeschaltete Kippschwinger interpretiert werden kann.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Relaxation oscillators|Kippschwinger}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="gb201374">{{Patent | Land = GB | V-Nr = 201374 | Titel = Improvements in advertising and display apparatus | A-Datum = 1922-06-05 | V-Datum = 1923-08-02 | Anmelder = Frederick Walter Baynes, Stephen Oswald Pearson }}</ref>
<ref name="PSociety1">Stephen Oswald Pearson, Horatio Saint George Anson: ''Demonstration of Some Electrical Properties of Neon-filled Lamps'', ''Proceedings of the Physical Society of London'', Band 34, Nr. 1, Dezember 1921, Seiten 175 – 176 {{DOI|10.1088/1478-7814/34/1/435}}</ref>
<ref name="LEDNetz">{{Webarchiv|url=http://www.ds-electronics.de/230v-blink-led-fc0136/ |wayback=20180709154014 |text=LED blinkt an Netzspannung |archiv-bot=2022-03-09 06:26:54 InternetArchiveBot }}</ref>
</references>

[[Kategorie:Elektrischer Oszillator]]

Kippschwinger - Versionsgeschichte

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