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Ein elektrisches Schaltkreis, ein Komponente, ist ein Gerät oder (allgemeiner) ein System bistabil wenn es zwei stabile Zustände hat. Diese Eigenschaft wird begleitet von einem Hysterese und gibt das System a Speicherbetrieb.
Wechsel zwischen den Zuständen
Wenn sich das System in einem der Zustände befindet und leicht gestört ist, verschiebt sich der Zustand ebenfalls leicht. Wenn die Störung wieder verschwindet, kehrt sie in ihren ursprünglichen stationären Zustand zurück. Nur wenn die Störung des Systems groß genug ist, kann es den anderen stationären Zustand erreichen. Wenn die Störung dann verschwindet, verbleibt sie in diesem neuen stabilen Zustand und kehrt nicht in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Eine zweite Störung (normalerweise anders, entgegengesetzt gerichtet oder anders, entgegengesetzter Natur) ist notwendig, um das System wieder in den ersten Zustand zu versetzen.
Dadurch kann sich das System unter den gleichen äußeren Bedingungen in zwei verschiedenen Zuständen befinden. Das Phänomen, dass das System einem bestimmten „Weg“ von einem Zustand zum anderen folgt, wird als Hysterese bezeichnet. In der Praxis sind die "zu"- und "zurück"-Pfade ungefähr gleich lang, was zu einer symmetrischen Hysterese führt.
Beispiele
Bistabilität ist ein allgemeines Merkmal. Ein einfaches Beispiel ist die elektrische Schalter. Wird ein Wippschalter nur leicht einseitig gedrückt und losgelassen, federt er in seinen Ausgangszustand zurück. Erst wenn der Schalter weit genug gedrückt wird, kippt er in den anderen stationären Zustand und bleibt dort auch beim Loslassen. Um den Schalter wieder in den Ausgangszustand zu versetzen, muss er auf der anderen Seite gedrückt werden.
Relais sind in der Regel monostabil, es gibt sie aber auch in bistabilen Ausführungen. Der Anker kann sich in zwei stabilen Positionen befinden und die entsprechenden Kontakte schließen. Der Vorteil besteht darin, dass in keiner der Positionen elektrische Energie zum Schließen oder Unterbrechen des Stromkreises benötigt wird. Elektrische Energie wird nur benötigt, wenn das Relais erregt wird, um die andere Position zu aktivieren.
in vielen Sensoren wie Thermostat wird ein bistabiles Relais angewendet. Es muss dann verhindert werden, dass der Temperatursensor dieses Relais zu schnell ein- und ausschaltet. Der Thermostat hat daher eine Ein- und Ausschalttemperatur mit der Hysterese dazwischen. Zwischen diesen beiden Temperaturen ist der Schalter des Relais "ein", solange die Temperatur steigt, bis die Abschalttemperatur erreicht ist, und "aus", solange die Temperatur sinkt, bis die Einschalttemperatur erreicht ist.
Ein Beispiel aus der Elektronik ist die bistabil Multivibrator (Flip Flops oder Speicherzelle). In diesem gibt es einen Eingang, der die Schaltung in einen als "ein" bezeichneten Zustand versetzt, und einen Eingang, der die Schaltung "aus" schaltet. Wenn an keinem der Eingänge ein Signal anliegt, bleibt die Speicherzelle in dem Zustand, den sie hat. Je nach Umfang der Schaltung kann es ein definiertes Verhalten geben, wenn beide Eingänge gleichzeitig angesteuert werden.
Multi und Stabilität
Ein System mit mehr als zwei stabilen Zuständen heißt multistabil. Dies geschieht beispielsweise bei sogenannten Wahlschaltern, die mehrere Stellungen haben (meist 3 - 12). Es gibt auch tristabiles Relais, wobei die neutrale Mittellage ebenfalls stabil ist. Ein System, das ohne äußere Einwirkung periodisch zwischen zwei Zuständen hin- und herschaltet, heißt astabil, Es gibt Schwingung und das System heißt a Oszillator.