Einen 2-Transistor-Oszillator verstehen?

Ich habe hier eine Frage gestellt , warum ich von einem Oszillator mit zwei Transistoren eine Sägezahnwelle bekomme. Während diese Frage beantwortet ist, verstehe ich nicht, wie die Schaltung überhaupt Schwingungen erzeugt.

Schaltplan:

Oszillator

Dies ist die Schaltung, die ich gebaut habe.

Um dem Leser zu helfen, die Fehler in meiner Argumentation zu identifizieren, ist Folgendes meiner Meinung nach genau das, was passiert.

1) Der zufällige Transistor schaltet sich zuerst ein (Nennen Sie es T1). Da es nun für C1 einen Weg zur Masse gibt, beginnt C1 sich aufzuladen, wobei seine rechte Platte positiv und seine linke Platte durch R2 negativ ist.
2) Die rechte Platte von C1 erreicht eine Schwelle, wo T2 eingeschaltet wird. Das Einschalten von T2 gibt einen Pfad zur Erde zu C2, wodurch C2 durch R3 mit einer positiven Spannung auf seiner linken Platte und einer negativen Spannung auf seiner linken Seite aufgeladen wird.
3) Der Anstieg der negativen Spannung links von C2 bewirkt, dass T1 abschaltet. T2 kann nicht eingeschaltet bleiben, weil es für C1 keinen Erdungsweg gibt.
4) Alles hört auf.

Denken (1) Nein - Das erste, was passiert, ist, dass EINER der Transistoren eingeschaltet wird. Welches hängt von einer Reihe von Faktoren ab, also ist es ziemlich zufällig und ehrlich gesagt in den meisten Fällen nicht wichtig. Wenn Sie einen präzisen Start benötigen, verwenden Sie ein Mikro. Problem (1) Nein. Es wird immer nur die Basis eines Transistors AUS gehalten, sonst kann die Schaltung nicht schwingen. (2) Damit Ladung fließen kann, muss sowohl eine Spannungsdifferenz als auch ein Pfad vorhanden sein. Eine Kappe wird auf 0,6 V (geklemmt durch BE) an der Basis und +V am Kollektor des anderen Transistors gehalten. Die andere Kappe ist auf etwa 0 V fixiert, wobei ihr negatives Ende von -V geladen wird.
Frage nochmal aktualisieren. Ich bin immer noch nicht ganz da, tut mir leid.
Ich denke, wenn Sie zuerst einfache BJT-Verstärker studiert haben, könnten Sie den kleinen Sprung zu dieser Art von Oszillator machen.
Ich glaube nicht, dass Sie das wirklich wichtige Konzept (und seine Konsequenzen) verstanden haben, dass Sie die Spannung an einem Kondensator nicht sofort ändern können. Anfänglich (bei stromlosem Stromkreis) haben beide Kondensatoren 0 V an sich. Wenn Sie einschalten, sagen wir, T1 schaltet sich ein. Das bedeutet, dass die Basisspannung von T1 0,6 V betragen muss und dass die Basisspannung von T2 weniger als 0,6 V betragen muss (weil T2 ausgeschaltet ist). Der Kollektor von T1 fällt von +V auf etwa 0V. Wenden Sie nun die Kondensatorregel an. Die andere Platte von C1 muss ebenfalls um genau dieselbe Spannung (von 0 auf -V) abfallen, um die Spannung ÜBER C1 = 0 V zu halten
@Andyaka hier hier (+1)

Antworten (3)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

1) Warum werden R4 und R1 überhaupt benötigt? Warum sollten wir den Strom begrenzen, der in die Transistoren fließt und die Kondensatoren lädt?

Transistoren arbeiten über eine Reihe von Kollektorströmen - Sie können dies für verschiedene Typen nachschlagen (siehe https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/2N3904.pdf ) . Die für R1 und R4 verwendeten Mindestwerte bestimmen den maximalen Kollektorstrom . Dieser Wert kann leicht (unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes) berechnet werden, indem angenommen wird, dass die gesamte Versorgungsspannung durch den Widerstand abfällt. Beim 2N3904 beträgt der maximale Strom 200mA. Wird dieser Strom nicht begrenzt, würde der Transistor beschädigt/zerstört.

Sie wirken auch als Teil der Schaltung, um eine Schaltspannung für eine Seite der Kondensatoren zu erzeugen

2) Warum sind R2 und R3 in der Schaltung enthalten? Es scheint, dass sie absolut keine Funktion haben.

R2 und R3 haben zwei Funktionen.

Die erste besteht darin, die Transistoren einzuschalten, indem die Basen der Transistoren über einen geeigneten Widerstand, der den Basisstrom auf einen sicheren Wert begrenzt, mit der positiven Versorgung verbunden werden.

Wenn Sie die Schaltung zum ersten Mal einschalten, schaltet sich einer dieser Transistoren zuerst ein und startet den Prozess.

Die zweite Funktion besteht darin, die anderen an den Basen des Transistors angebrachten Kondensatorplatten aufzuladen, indem sie mit der positiven Versorgung verbunden werden.

Wenn ein Transistor eingeschaltet wird, bewirkt dies, dass die Spannung an der Basis des anderen Transistors auf eine NEGATIVE Spannung geht und ausgeschaltet wird. Diese negative (Basis-) Spannung ist auch über R2 oder R3 mit der positiven Versorgung verbunden (je nachdem, welche Basis wir betrachten). Die Spannung über diesem Widerstand beträgt zu diesem Zeitpunkt etwa das Doppelte der Versorgungsspannung (+V bis -V). { Dieser Effekt wird manchmal verwendet, um aus einer positiven Versorgung eine negative Versorgung zu erzeugen oder die Spannung einer Versorgung zu verdoppeln }

Die Kondensatorplatte muss sich von etwa -V bis +V aufladen und wenn sie 0,6 V erreicht (knapp über der Mitte), bewirkt sie, dass der Transistor eingeschaltet wird. Dies ist etwa 50 % der Endspannung, auf die versucht wird aufzuladen, und dauert etwa 0,7 x Zeitkonstante (entweder C1R2 oder C2R3).

3) Wie werden C1 und C2 entladen, damit sich der Zyklus wiederholen kann? Wenn sie nie entladen werden, würde die Schaltung nach einem Zyklus aufhören zu arbeiten, weil C1 und C2 eine Spannung haben würden, die hoch genug wäre, um den Stromfluss in die Basis eines der Transistoren zu begrenzen, wodurch die Oszillationen effektiv gestoppt würden.

Der Trick zum Verständnis dieser Schaltung besteht darin, zu wissen, dass Sie die Spannung an einem Kondensator nicht sofort ändern können .

Wenn T1 einschaltet, wird die Basis von T2 auf eine negative Spannung gebracht und schaltet T2 aus. Der Kondensator (C1) braucht dann Zeit, um sich über R2 wieder auf 0,6 V aufzuladen. Wenn es schließlich dort ankommt (nach etwa 0,7 C1R2), schaltet es T2 EIN. Die Spannung am Kollektor von T2 fällt plötzlich ab und nimmt die Basis von T1 negativ, wodurch T1 ausgeschaltet wird. Der an der Basis von T1 angebrachte Kondensator (C2) braucht Zeit, um sich über R3 aufzuladen, bis er an der Basis von T1 0,6 V erreicht und T1 einschaltet. Dies führt dann dazu, dass T2 wieder ausgeschaltet wird und der Zyklus sich wiederholt.

Die Spannung an den Basen des Transistors kann nicht höher als 0,6 V werden, da der Basis-Emitter-Übergang als in Durchlassrichtung vorgespannte Diode wirkt und die Spannung auf diesem Pegel klemmt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Impulsspannung zum Abschalten des Schritts jedes Mal die negative Basis um etwa die Versorgungsspannung - 0,6 V - annimmt.

Ich glaube, ich habe jetzt verstanden, was du meinst. Ich habe meine Frage dahingehend bearbeitet, was meiner Meinung nach jetzt passiert.
Ich denke, es könnte sich lohnen anzumerken, dass, wenn R2 und R3 relativ zu R1 und R4 klein genug wären, um die Transistoren ohne die Kondensatoren vollständig einzuschalten, die Schaltung in einen "gesperrten" Zustand geraten könnte, in dem beide Transistoren einfach saßen "An". Wenn diese Widerstände zu schwach sind, um die Transistoren vollständig einzuschalten, bedeutet dies, dass, wenn etwas - selbst ein bisschen Rauschen - den Basisstrom eines Transistors vorübergehend ansteigen lässt, dies zu einem Abfall seiner Kollektorspannung führt, der kapazitiv gekoppelt wird die Basis des anderen Transistors, was dazu führt, dass dieser Transistor leicht abschaltet ...
... wodurch der für die Basis des ersten Transistors verfügbare Strom weiter erhöht wird. Obwohl bei manchen Widerstandswerten ein Lock-up auftreten könnte, stellen folglich richtig gewählte Widerstandswerte sicher, dass jeder Gleichgewichtszustand instabil ist.
@supercat Richtig gewählte Werte für Widerstände sind für eine voll funktionsfähige Schaltung absolut unerlässlich, aber das Problem hier ist das Verständnis der Grundlagen des Betriebs. Es ist eine sehr robuste Schaltung und ziemlich tolerant gegenüber einem weiten Wertebereich (im Rahmen des Zumutbaren, wie Sie richtig darauf hingewiesen haben). Die im OP angezeigten Anfangswerte sind in Ordnung und würden funktionieren.
@JImDearden: In der Tat, aber ich erinnere mich, dass ich mich bei einer meiner frühen Reaktionen auf diese Schaltung gefragt habe, warum keine Gefahr eines Zustands besteht, in dem beide Transistoren eingeschaltet sind und eingeschaltet bleiben. Zu sagen, dass R2 / R3 nicht genug "Pep" haben, um die Transistoren ohne Hilfe von R1 / R4 fest einzuschalten , und dass R1 / R4 nur helfen kann, einen Transistor einzuschalten, wenn der gegenüberliegende Transistor ausgeschaltet ist, würde dies verdeutlichen.

Die beiden Kondensatoren sorgen für eine negative Kopplung zwischen den beiden Transistoren: Wenn einer leitend wird, hält dies den anderen vom Leiten ab.

1) Ohne R1 und R4 würde an den Kollektoren keine negative Spannung anliegen, wenn ein Transistor leitend wird: Es wäre nur die Stromversorgung, keine Änderung. Und ein Kondensator "leitet" keine "keine Änderung". Außerdem würde ein leitender Transistor die Leistung kurzschließen, was keine gute Idee ist.

2) R2 und R3 sind da, damit die Transistoren anfangen zu leiten. Ohne diese Widerstände wären die beiden Transistoren für immer ausgeschaltet (nicht leitend).

3) Wenn ein Transistor zu leiten beginnt, wird der andere nichtleitend, daher steigt die Kollektorspannung dieses Transistors auf den Leistungspegel. Dies entlädt (oder lädt, je nach Perspektive) den Kondensator.

Warum sollte ein eingeschalteter Transistor den anderen daran hindern, zu leiten?
Wenn ein Transistor zu leiten beginnt, sinkt die Spannung an seinem Kollektor. Der Kondensator koppelt diesen Spannungsabfall an die Basis des anderen Transistors. Bis der Basiswiderstand den Kondensator auf ~ 0,6 V aufgeladen hat, ist dieser Transistor ausgeschaltet.

Beginnen wir mit dem Zustand, in dem T1 ausgeschaltet und T2 eingeschaltet ist.

C1 hat einen Pfad zur Masse durch T2.

Die linke Platte von C1 baut eine positive Ladung auf, während die rechte Platte von C1 von T2 auf negativ gezogen wird.

Die Basis von T1 baut über R3 langsam eine positive Ladung auf.

Sobald sich an der Basis von T1 genügend Ladung aufgebaut hat, schaltet sich T1 ein und senkt die linke Seite von C1 auf negativ.

Aufgrund des Kopplungseffekts / Verschiebungsstroms wird die rechte Seite von C1 noch negativer. Es geht tatsächlich unter Null. Dies schaltet T2 aufgrund der negativen Spannung an seiner Basis ab.

Jetzt ist T1 eingeschaltet und T2 ausgeschaltet. Der Vorgang wiederholt sich.

Das Buch Make: Electronics von Charles Platt beschreibt genau diese Schaltung.

Einen 2-Transistor-Oszillator verstehen?
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