Multivibrator - Kanns mir wer erklären?

[Barthimaeus]

Ich weiss, um was für einen großen Aufwand ich bitte, jedoch fände ichs schön, wenn mir jemand in ähnlicherweise, wie das Monoflop erklärt wurde, auch noch den Multivibrator erklären könnte. Wie bekommt man eigentlich einen Blick dafür wie derartige Schaltungen funktionieren?

[Manf]

Es gibt ja einige Beschreibungen im Netz.
Ganz neu schreiben ist sicher auch nicht sinnvoll.
Fang mal mit einer an.

http://www.mathe-schule.de/download/pdf/Physik/ELEK_9_Multivibratoren.pdf

[Barthimaeus]

Ok, ich habe jetzt wieder eine Vorstellung die korrigiert werden muss:
Im folgenden nenne ich den linken Transistor T1 und den rechten Transistor T2.

Bei einem astabilen Multivibrator handelt es sich um eine Art Tauziehen um den Basisstrom zwischen 2 Transistoren. Angenommen, dass T1 zuerst "öffnet" so entzieht er T2 solange über den oberen Kondensator den Basisstorm, bis dieser voll ist. Danach bekommt T2 Basisstrom und öffnet, wodurch er über den unteren Kondensator T1 den Basisstrom entzieht. Währenddessen entläd sich der obere Kondensator wieder. Sobald der untere Kondensator voll ist kann T2 T1 nicht mehr den Basisstrom entziehen, sodass dieser "öffnet" und über den mittlerweile wieder oberen Kondensator T2 den Basisstrom entzieht. Und so geht es dann weiter bis ans Ende aller Tage...

Richtig so?

Wie berechne ich, wie lange es dauert einen Kondensator bei einer bestimmten Spannnung über einen bestimmten Wiederstand zu laden?

[Manf]

Es ist vielleicht auch hilfreich die Transistoren als Verstärker zu sehen die das Signal an der Basis invertieren, verstärken und an die andere Stufe weitergeben.
Mit zwei Inversionen ergibt sich eine Mitkopplung die nur binäre Zustände an den Ausgängen zuläßt.

Zur Zeitkonstanten des RC Glieds (einfach R*C)
http://de.wikipedia.org/wiki/RC-Glied

[Crock]

Warum steht in der Zeichung eigentlich Bistabiler Multivibrator?

[Barthimaeus]

Die Zeichnung stammt aus "Franzis Grundwissen Elektronik" einem seehr dicken Schmöker mit vielen Schaltungen, deren Erklärungen ich nicht verstehe ^^

Hab ich die Schaltung jetzt richtig verstanden, oder nicht? (laut obriger bBeschreibung)

[deSilva]

Crock will sagen, es müsste wohl eher "Astabiler Multivibrator" heißen :-) Die zitierte "Schularbeit" gefällt mir übrigens sehr gut!

Wesentlich - wie schon beim Monoflop - ist das, was in dieser PDF als "Spannungssprung am Kondensator" bezeichnet wird. Das ist im Wesentlichen auch das Prinzip hinter Ladungspumpen. Ohne diesen Effekt würde die Rückkopplung nicht funktionieren und keine scharfen Rechtecke entstehen, höchstens mal ein lascher Sinus...

@Barthi: Ja, wie liest man Schaltungen? Man lernt Muster auswendig und erkennt sie wieder... Die 4 wichtigsten Muster sind Hochpass, Tiefpass, Kollektorschaltung, Emitterschaltung... Dann gibt es noch ein paar weitere mit Spulen und Dioden...

[Barthimaeus]

Kannst du besagten Spannungssprung nochmal erklären? Das sagt mir überhaupt nichts. Des weiteren verstehe ich nicht wirklich, was diese Schaltungen mit einer Rückkopplung zu tun haben. Rückkopplungen kenne ich von Radios (Rückkopplungsspulen) und Mikrofonen, aber hier weiss ich nicht was gemeint ist.

[deSilva]

Guck, auf der Seite 3 der zitierten Arbeit ist das alles beschrieben (Bild 2), das kann ich gar nicht besser sagen... Es ist natürlich keine Hausarbeit aus einer Schule, sondern ein Uni-Praktikumsbericht... Ich hatte mich auch schon schwer gewundert :-)

Die Kondensatoren sind als Hochpass geschaltet, wie schon beim Monoflop! Dass heißt, dass sie die ÄNDERUNG einer Spannung sehr schnell auf die andere Seite der "Platte" weitergeben, und dort - an der Basis des "anderen" Transistors - den "Effekt" verstärken.. Es handelt sich hier um (positive) Mitkopplung, nicht (negative) Gegenkopplung, wie Du sie kennst.

[Barthimaeus]

Das Problem ist, dass ich die Schilderung, wie sie dort steht nicht verstehe. Ich bin zwar in der 12. Klasse am Gymnasium, aber ich hatte maximal 1 Jahr lang "E-Lehre", wie es sich damals nannte. Da hat man mit Glück gelernt, was ein Transistor ist und was p und n Dottierungen sind. Ich habe keine wirkliche Ahnung wie Wechselstromschaltungen funktionieren und kann mir nicht wirklich vorstellen, wie manche Bauteile mit dem Rest einer Schaltung arbeiten. Was ich weis:

Die Ladung C ist die Menge an Elektronen.

Die Stromstärke I ist die Ladung, die pro Zeiteinheit einen Leiter durchfliesst.


Die Spannung V ist die Differenz zweier Potentiale, bzw. zweier Ladungen. Sie stellt die eigentliche Kraft dar, die die Elektronen dazu veranlasst sich von einem hohen Potential zu einem niedrigeren Potential zu bewegen. Bei höherer Spannung kann der gleiche Strom mehr Arbeit verrichten.

Das Ohmsche Gesetz: U=R*I oder U/I=R. Der elektrische Wiederstand ist eine Größe die den Strom am fliessen hindert. Bei einer Reihenschaltung von Wiederständen bleibt die Stromstärke gleich. Die Spannung teilt sich jedoch zwischen den unterschiedlichen Wiederständen auf. Will man die Stromstärke ermitteln muss man die Spannung durch die Summe aller Wiederstände teilen. Will man den Spannungsabfall an einem einzelnen Wiederstand ermitteln muss man die zuvor ermittelte Stromstärke mit dem Teilwiederstand multiplizieren.
In einer Parallelschaltung verhält es sich genau andersherum. Die Stromstärke teilt sich auf die einzelnen Zweige auf und die Gesamtspannung jedes Zweigs ist gleich.

Ein Transistor hat 3 Eingänge: C(ollector),B(asis),E(mitter). Wenn zwischen C und E eine Spannung anliegt, die die C-E Breakdown Voltage nicht überschreitet, so kann der Strom nur fliessen, wenn zwischen B und E ebenfalls eine Spannung anliegt. Diese Spannung muss nur sehr gering sein. Je größer die Spannung zwischen B und E, desto mehr Strom darf auch von C zu E passieren.

Ein Kondensator besteht im Grundlegenden aus zwei Leitern, die durch ein Dielektrikum von einander getrennt sind. Legt man an ihn eine Spannung an, so läd er sich entsprechend dieser Spannung auf. Ein Kondensator hat eine Kapazität Q, die ausdrückt wieviel Ladung C der Transistor bei einer Spannung V maximal aufnehmen kann. Was ich nicht so richtig weiss ist wann der Kondensator wieder entladen wird. Logischerweise muss hierfür jedoch die Spannung, die ihn geladen hat weg sein. In einem Wechselstromkreis wirkt ein Kondensator nur als (kapazitiver) Wiederstand, weil er den Stromfluss durch ständiges Auf- und Entladen drosselt.

Eine Diode ist ein Bauteil, dass den Strom nur in eine Richtung passieren lässt, allerdings muss dafür eine Mindestspannung erreicht werden.


So, der Roman ist vorerst zuende. Ich hoffe ihr seid noch nicht eingeschlafen. Mit diesem (Halb?-)Wissen versuche ich mir Schaltungen zu erarbeiten. Fehlen mir noch irgendwelche grundlegenden Kenntnisse zum Vertändnis der obrigen Schaltung? Ich weiss, dass ihr nicht dazu da seid das nachzuholen, was mir in der Schule nicht beigebracht wurde jedoch komme ich einfach nicht weiter.

[Herkulase]

Ich bin zwar auch kein Profi, aber ich denke, den Halbwissen reicht. Ich würde mir jetzt mal ein paar Grundschaltungen wie Spannungsteiler, RC-Glied und die Transistorgrundschaltungen zu Gemüte führen - das sollte Dich schon etwas weiter bringen. Ausserdem hilft es mir immer - wenn möglich - fest definierte Zustände anzuschauen, also: Was ist wenn der eine Transistor garnicht/total leitet etc. Aber wie gesagt ich hab aiuch nur ein Halbwissen :-(

Gute Seite: www.elektronik-kompendium.de

Gerald

[Barthimaeus]

Ok, dann werd ichs mir mal zu GEmüte führen.

[deSilva]

@Barthi: Ja, auch ich denke, dass Dein Halbwissen reicht :-) Du hast es insbesondere so systematisch dargelegt, dass es wohl auch verstanden wurde, wodurch es dann doch "echtes" Wissen wird - oder?

Ich bin ein bischen traurig, dass Du die Anmerkunegn zur Diode und Transistor noch nicht verarbeitet hast, die ich im Monoflop Thread gegeben habe, aber das wird sicherlich noch.

Es ist ein böses Gerücht, dass Wechselstrom etwas "Anderes" ist als Gleichstrom: Durch einen Kondensator ist noch niemals je ein Elektron durchgeflossen, höchstens wenn es denn gar kein "reiner" Kondensator war sondern das übliche Mischmasch aus Spule, Widerstand und Kapazität :-) Also kann man sich alles auch mit gaanz laaangsam fleißendem Strom erklären!

Ich habe Dir unten auch geschrieben, dass Du erst einmal die 4 wichtigsten einfachen Schaltungen (Hochpass, Tiefpass, Kollektor-, Emitterschaltung) verstehen musst, bevor Du komplexere Schaltungen analysieren kannst!

Sind Dir die beiden u.a. Bilder klar?

[Barthimaeus]

Ok, als ich an den Teil über den Transistor geschrieben habe, war mir die Sache mit der B-E Diode wieder entfallen, danke, dass du mich nochmal drauf aufmerksam machst. Ja, ich kenne die Schaltbilder von Hochpass und Tiefpass, allerdings ist mir noch nicht ganz klar, wie die Bild der Ausgangsspannungen entstehen. Kann mir jemand erklären, wie diese charakteristischen Bilder zustande kommen? Ist die Eingangsspannung eigentlich eine "richtige" Wechselspannung, bei der der Strom nach einer halben Periode die Flussrichtung wechselt, oder sind es aufeinanderfolgende Stomimpulse, die in die selbe Richtung fliessen, zwischen denen sich Pausen befinden (vergleichbar mit einem pwm Signal)?

[deSilva]

Wie gesagt, vergiss den "Wechselstrom". der fließt eben mal hier hin und mal dahin... Sobald Du einen Kondensator in einer Schaltung hast, gibt es IMMER "Wechselstrom". Das macht einfach keinen Unterschied.

In diesem Fall sind die Spannungspegel des Eingangssignals aber nur 0V und maxV.

Aber auch das heißt nichts: "Null Volt" heißt, dass die niederohmige (!) Signalquelle diese Spannung mit aller Gewalt aufrecht hält. Das hat zur Folge, dass BETRÄCHTLICHE STRÖME in die Signalquelle zurückfließen können!

Das ist genauso bei Ausgängen von Mikrocontrollern; gerade Anfänger unterschätzen gerne, was ihnen alles passieren kann, wenn sie einen Ausgang auf "LOW" setzen :-)

Du kannst diese Bilder genauso interpretieren wie beim Monoflop erklärt:
Wenn eine niederohmige Signalquelle eine Kondensatorseite auf ein bestimmtes Spannungspotenzial zwingt, dann zieht die andere Seite notwendigerweise mit .. das ist der "peak" beim Hochpass; jetzt hängt es von den Widerstandsverhältnissen auf DIESER Seite ab, wie schnell sich das jetzt wieder "normalisiert" (t=RC). Alles eigentlich total simpel...

[Barthimaeus]

Irgendwie will es bei mir nicht so richtig klick machen. Die Sache mit "Null Volt" heißt, dass die niederohmige (!) Signalquelle diese Spannung mit aller Gewalt aufrecht hält" verstehe (glaube ich). Was meinst du mit mitziehen? Bedeutet das, dass wenn eine Signalquelle die linke Platte eines Kondensators auf 5V zieht, sich die rechte Seite dem anpasst und ebenfalls 5V annimmt? Wenn dass der Fall wäre gäbe es doch keine Veränderung im Osco Bild, oder? Was bewirkt eigentlich der Wiederstand? Da er ja parallel zum Kondensator steht begrenzt er den Strom mit, oder?

[deSilva]

Grr...
Ein Kondensator ist an und für sich auf eine bestimmte "Spannung" aufgeladen. Die REFERENZ hierzu ist ihm piepewurscht. Wenn er also (rechts) auf 3 Volt aufgeladen ist und du legst ihn links auf 5 Volt, dann geht er rechts eben auf 8 V - erstmal. Das ist das Prinzip hinter einer Ladungspumpe.

UND DANN guckt er sich die Lage noch mal in Ruhe an!
Warum war er denn rechts auf 3V aufgeladen? Aha! So aber jetzt haben wir hier 8 Volt und - hurtig , hurtig! - weg damit, so schnell es eben die Widerstände zulassen :-)

[Barthimaeus]

Also wird er versuchern die 8V auszugleichen, sodass auf beiden Seiten 3V anliegen? Wie kann er das machen solange die 8V noch anliegen?

[deSilva]

Hallo!!

Vorher: Links 0V Rechts 3V
Sodann: Links 5V Rechts 8V
Sodann (nach R*C): Links 5V Rechts 3V

Es gab ja einen GRUND dafür, das rechts 3 Volt geherrscht haben, warum weiß ich natürlich nicht....

Dies unter der Voraussetzung, dass LINKS eine niederohmige Signalquelle die Spannung am Kondensator bestimmt; wenn die Schaltung komplizierter ist, dann muss man das eben alles noch mit berücksichtigen... Es ging jetzt nur erst mal um den "idealen Hochpass" :-)

[deSilva]

Du kennst sicherlich die Schwingkreise aus zwei Invertern? Hier ist ein "schlechter" (Frage für Fortgeschrittene: Was ist daran "schlecht" :-)

Aber man sieht hier gut, wie sich die Analogspannung entwickelt.. So, nun muss ich aber noch einige ernsthafte Sachen machen heute...

[Barthimaeus]

Nein, ich kenne die Schwinkreise aus Invertern nicht. Ich weiss ja nicht mal was inverter sind. Ich nehme mal an, dass A und B in deiner Schaltung inverter sind. Ich rate mal, dass ein Inverter invertiert (ja, sehr sinnvolle Aussage) er macht also aus einem Pegel 1 einen Pegel 0.

Ok - akzeptiert. Wenn ein Kondensator auf der rechten Platte mit X Volt aufgeladen ist und ich lege links y V an, so geht er ganz voreilig rechts erst mal auf x+y V.*
So jetzt stellt der Kondensator fest - mist rechts bin ich ja mit x+y V aufgeladen, obwol an meiner rechts nur x V anliegen. Schaufle ich die y überschüssigen Volt lieber mal weg...


*Richtig? Warum tut er das? Gibt es da eine einfache Begründung, oder muss man das einfach als Eigenschaft eines Kondensators abstempeln?
Ist das der Spannungssprung, von dem immer die Rede war? Würde ja das Muster des Hochpasses erklären.

[Herkulase]

Halli Hallo,

ich hab jetzt nicht alles durchgelesen, aber ich hab noch nen tipp: Lad dir mal ein Simulationsprogramm runter, z.B. multisim von NI (National Instruments), die haben eine 30 Tage Demoversion. und spiel damit mal rum. Da kannst Du dann z.B. alle teilspannungen überprüfen, und es werden sich sicher einige aha-Erlebnisse einstellen, weil Du ja alle Parameter variieren kannst. Ergänzend dazu fand ich es hilfreich, einfache Schaltungen auch mal von Hand zu berechnen. Alle Formeln, die du dazu brauchst findest Du z.b. im Elektro-Kompendium!

Gerald

[Crock]

Noch mal von mir ein kleiner amateurhafter Einwurf:
Das ganze basiert auf der Aussage, das in Reihe geschlossene Spannungsquellen ihre Spannungen addieren.
Wenn du also einen Kondensator (der ja eine Spannungsquelle ist) auf 3V laedst, und 5V anlegst (also quasi in Reihe schaltest), ergibt das insgesamt 8V. Aber der Kondi entlaedt sich natuerlich (ueber Widerstaende).
Ich hoffe, ich hab' keinen Mist erzaehlt.

[Barthimaeus]

Hört sich zumindest plausibel an. Aber damit sich der Kondi entladen KANN müssen doch die 3V, die ihn anfangs geladen haben, weg sein, oder?

[deSilva]

Ich hoffe, ich hab' keinen Mist erzaehlt.
Nein, Du hast genau das Gleiche gesagt wie ich oben :-)
Deinen Vergleich mit der "Batterie" finde ich sehr gelungen!

@Barthi: Betrachte es so: Eine Kondensatorplatte stellt sich immer auf die Spannung ein, die in dem Netzwerk herrscht, an dem sie angeschlossen ist. Das geht mal schneller und mal langsamer, je nachdem wie groß die dazwischen liegenden Widerstände sind. Wenn diese Widerstände nun an einem Ende extrem anders sind als am anderen Ende: niederohmige Signalquelle, hochohmiger Eingang z.B., dann spielen sich eben die beschriebenen Hochpass- bzw. Tiefpasseffekte ab: Erst mal ändert sich das Spannungsgefüge spontan und dann gleicht es sich entsprechend aus.

Wenn - im Beispiel - jemand den Kondensator auf 3 Volt aufgeladen hat, dann bleibt er erst mal auf 3 Volt aufgeladen. GEGEN MASSE siehst du nun aber plötzlich 8 Volt (5+3). Nun rutscht das dem Potenzialgefälle folgend natürlich wieder runter auf besagte 3 V GEGEN MASSE. Danach ist der Kondensator AN SICH auf MINUS 2 Volt umgeladen. Das sieht (misst) man sofort, wenn man die 5 Volt Signalspannung an der linken Platte wieder auf 0 Volt zurückstellt!

Mit den Simulationsprogrammen kannst Du das alles in der Tat ausprobieren, was nützlich ist, wenn man kein Oszilloskop hat!

[Barthimaeus]

OOOOO - ich glaub ich hab das Problem gefunden. Ich habe nicht differenziert zwischen der Spannung gegen Masse und der Spannung zwischen den beiden Kondensatorplatten. Ich habe mir als Simulationsprogrammm jetzt Qucs runtergeladen, weil man sich dafür nicht registrieren muss. Vielen Dank