Astabiler Multivibrator mit RC Rückkopplung bzw. Quarz-Stabilisierung

Schaltungen Univ. Würzburg

 

 

74xx00, 74HC132


nebenstehende Werte mit 7400 und 74LS00 getestet.

C in yF

R in Ohm

T in s

f in Hz

0,0022

390

2,2ys

454.545

0,0022

1k

4,5 ys

222.222

0,0022

4,7 k

20 ys

50.000

0,022

390

18,5 ys

54.054

0,022

1k

44 ys

22.727

0,022

4,7 k

175 ys unst.

5.714

0,22

390

210 ys

4.762

0,22

1k

450 ys

2.222

0,22

4,7 k

1,8 ms

556

1

680

unstabil

 

1

1k

2 ms

500

1

22K

100 ms

10

 

1. Achtung: Selbst bei richtigem Anschluss schwingt die Schaltung nicht immer gleich an.
Abhilfe: den Stecker der Stromversorgung ein paar Mal an die + 5 Volt antippen.

2. Achtung: Sie sollten die vorgeschlagene Familie verwenden, denn die elektrischen Eigenschaften (Eingangswiderstand, Geschwindigkeit, Pegelschwelle) sind unterschiedlich.

 

 

Beim Einschalten ist der Kondensator entladen, der Gattereingang also auf 0-Pegel. Der Ausgang des NAND-Gatters hat demnach 1-Pegel. Über den Widerstand wird der Kondensator geladen. Sobald die Spannungsschwelle des Schmitt-Triggers überschritten wird, wechselt der Ausgang auf 0. Nun wird der Kondensator über den Widerstand entladen, bis die untere Triggerschwelle

erreicht wird; der Ausgang wird wieder 1. Das wiederholt sich nun immer wieder. Da nach dem Einschalten der Kondensator von 0 aus geladen wird, danach aber die Kondensatorspannung nur zwischen den Triggerschwellen hin und her wechselt, dauert die erste Taktphase länger. Wegen der unterschiedlichen Triggerschwellen ist das Tastverhältnis auch nicht 1:1. Die Periodendauer des erzeugten Rechtecksignals beträgt etwa

t = F * R * C   mit F= 1,1 ... 2,0 - je nach eingesetzter IC-Technologie (bei TTL mit 7413 beträgt der Faktor beispielsweise 1,1, der Wert von R sollte 300 Ohm betragen). 

Besonders mit CMOS-Invertern oder -Gattern lässt sich folgende Variante realisieren. Dabei kann R2 bis zu mehreren hundert Kiloohm betragen. R1 sollte ungefähr 10 * R2 betragen. Bei R1 = 1 MOhm, R2 = 150 kOhm und C= 1 nF beträgt die Frequenz etwa 1,5 kHz.

 

Signalsymetrierung

 

Nachteilig ist manchmal das unterschiedliche Tastverhältnis. Lösen lässt sich das Problem z.B. durch Wahl der doppelten Oszillatorfrequenz und ein T-Flipflop zur Signalsymetrierung. Eine andere Möglichkeit ist die Wahl unterschiedlicher Widerstände für die Ladung und Entladung des Kondensators:

 

 

Quarzoszillator

 

Ein Quarzoszillator erfordert einen etwas höheren Aufwand, bietet aber sehr stabile Ausgangssequenzen. Auch hier genügt zur Schwingungserzeugung ein rückgekoppeltes Gatter, das zweite Gatter dient nur zur Entkopplung und zur Flankenversteilerung der Ausgangsimpulse. Das frequenzbestimmende Element ist ein frequenzstabiler Quarz. Das Ganze kann durch einen kleinen Trimmer noch leicht in der Frequenz beeinflusst (gezogen) werden. Solche Grundschaltungen liegen z. B. Frequenzzählern oder Uhren zugrunde.

Für TTL-Schaltkreise sieht die Grundschaltung etwas anders aus. Hier ist der Gegenkopplungswiderstand relativ klein, so dass der Baustein eigentlich schon im verbotenen Bereich zwischen 0 und 1 arbeitet - und dadurch sehr leicht schwingt. Die obere Grenze für die Quarzfrequenz liegt etwa bei 16 MHz. Bei Quarzen mit niedriger Frequenz kann es vorkommen, dass der Oszillator auf einer Oberwelle schwingt. Dann hilft ein Dämpfungswiderstand von 5 ... 10 MOhm parallel zum Quarz.

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