Hilfe zur Frequenz des Schmitt-Oszillators

Ich habe die CMOS-Schmitt-Wellenformgeneratorschaltung (dh Abbildung 2) unter folgendem Link gesehen: http://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/generators.html Ich habe versucht, die Schaltung in MULTISIM mit 40106BD zu simulieren, um verschiedene Frequenzen zu erhalten variierender Kondensator. Es wird angegeben, dass die Formel zur Berechnung der Frequenz 1 / (1,2 * R * C) ist, aber ich bekomme die Frequenzen mit dieser Formel nicht richtig. Ich verwende den Bereich von R als 100K und den Kondensatorbereich 1pf bis 1nf . Ich möchte wissen, warum ich eine andere Frequenz erhalte als berechnet. Wie funktioniert diese Schaltung und wie erhalten wir den Ausdruck für die Frequenz.

Erwarten Sie nicht, dass die Formel in Bezug auf die Häufigkeit genau richtig ist. In dem verlinkten Artikel verwenden sie einen 74LS14, der sich stark vom 40106 unterscheidet. Ich schlage vor, dass Sie es mit einem 10-nF-Kondensator und einem 10-kOhm-Widerstand versuchen. Erhalten Sie dann die erwartete Frequenz? Wenn das funktioniert, ändern Sie die Werte schrittweise auf das, was Sie möchten, und sehen Sie, wo es von der Formel abweicht. Wie die Schaltung funktioniert, wird in dem von Ihnen bereitgestellten Link erklärt!
Bitte Ihren verlinkten Artikel genauer. Im CMOS-Abschnitt heißt es ausdrücklich: "Die Oszillationsfrequenz ist möglicherweise nicht dieselbe wie: (1/1,2RC), da sich die CMOS-Eingangseigenschaften von TTL unterscheiden."
@IC_designer_Rimpelbekkie Ich habe es mit 10nF und 10Kohm versucht, bekomme aber immer noch nicht die Frequenz gemäß Formel. Und noch etwas für weniger Werte wie 1p bis 20pf bekomme ich gleiche Frequenzen für sagen wir 11pf bis 14pf und 4pf bis 5pf. Ich habe denselben 100K-Widerstand verwendet. Liegt es an der Genauigkeit der Simulation? Wenn ich die Schaltung mache und dann die Messwerte nehme, kann ich dann die richtige Formel für die Schwingungsfrequenz machen?
Sagen Sie nicht „Ich bekomme nicht die Frequenz, die ich erwarte“. Sagen Sie „Ich erwarte diese Frequenz, bekomme aber diese Frequenz“. Warum? Es sagt uns, was passiert , anstatt was nicht. Es gibt uns eine Vorstellung davon, ob Sie leicht oder weit entfernt sind, hoch oder niedrig, was uns einen Hinweis darauf geben könnte, was nicht stimmt.

Antworten (1)

Kurze Erklärung:
Die C T wird mehr oder weniger langsam über aufgeladen R T bis er den AUS-Pegel des Schmitt-Trigger-Inverters erreicht. Dann wird der Ausgang niedrig und C T wird über entladen R T bis der untere ON-Pegel erreicht ist und der ganze Vorgang von vorne beginnt.

Diese Art von Oszillator wird Relaxationsoszillator genannt , siehe zB bei Wikipedia (Absatz über komparatorbasierten Relaxationsoszillator).

Die Frequenz kann je nach den tatsächlichen Pegeln der EIN- und AUS-Schwellenwerte des 40106 Schmitt-Trigger-Inverters (siehe Datenblatt) abweichen. Soweit ich weiß, sind diese Werte nicht sehr genau angegeben und können ziemlich variieren. Wahrscheinlich Ihre verwendete Simulation andere Schwellenwerte als die von Ihnen verlinkte Experimentbeschreibung). Wenn Sie diese Schaltung in der Realität bauen, wird es eine weitere Abweichung von der Theorie / Simulation geben, wenn Sie klein verwenden C T s (nur wenige pF): Die Verkabelung selbst stellt eine Kapazität dar (vielleicht 5..20pF), die die Gesamtkapazität erhöht.

EDIT:
Berechnung der Häufigkeit:
Entweder Beispiel aus Wikipedia-Artikel entnehmen und anpassen oder siehe zB hier :

F = 1 / T Und
T = T 1 + T 2 (Wo T 1 ist Zeit zum Aufladen und T 2 ist Zeit zum Aufladen)

T 1 = τ ln ⁡ [ ( ( v u − v 1 ) / ( v u − v 2 ) ] (Zeit zum Aufladen) und
T 2 = τ ln ⁡ [ ( v 2 − v D ) / ( v 1 − v D ) ] (Zeit zum Aufladen)

(Wo v u ist die obere Versorgungsspannung, v D niedrigere Versorgungsspannung ist (in Ihrem Fall = 0V) und v 1 Und v 2 sind untere und obere Schwellen, τ ist die Zeitkonstante R T C T )

BEARBEITEN:
Bestimmung der Frequenzabhängigkeit durch Experiment:
Aus der obigen theoretischen Überlegung wissen Sie, dass die Frequenz eine Funktion der Kapazität der folgenden Form ist:

F ( C ) = k C S T R A j + C

Wo k Und C S T R A j sind Konstanten (aber noch unbekannt). Wenn Sie die Frequenz der realen Schaltung für zwei verschiedene bekannte Kapazitäten messen C Sie erhalten zwei Gleichungen, die Sie gleichzeitig für beide Konstanten lösen können (oder Sie können mehr Messungen durchführen und eine Anpassung der kleinsten Quadrate durchführen).

Vielen Dank für die Hilfe. Wenn ich die EIN- und AUS-Schwellenwerte des Wechselrichters kenne, kann ich dann die Formel für Schwingungen ableiten? Wenn ja, wie geht das? Ich habe noch einen Zweifel, wie ich im vorherigen Kommentar erwähnt habe, dass ich so die gleichen Werte für 11pf bis 14pf bekomme. Praktisch bekomme ich eine andere Frequenz. Ich möchte mit dieser Schaltung die Kapazität zwischen 1pf und 100pf messen. Also nach allem, was Sie gesagt haben, gehe ich davon aus, dass dies keine genaue Methode dafür ist, selbst wenn ich die Formel kenne. Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege.
Der Wikipedia-Artikel zeigt die Berechnung (letzte Zeile im Absatz „Beispiel: Differentialgleichungsanalyse eines komparatorbasierten Relaxationsoszillators“). Beachten Sie, dass Sie auch berücksichtigen müssen, dass Sie immer Streukapazitäten haben werden und dass die Schwellenwerte von 40106-Gerät zu Gerät variieren können. Am besten messen Sie also die Frequenz Ihrer Schaltung mit einigen bekannten Kapazitäten und leiten Parameter für Ihre Frequenzformel ab (die nur für Ihre spezielle Schaltung gültig ist).
Danke nochmal. Das war eine große Hilfe. Wird es besser sein, die Formel durch praktische Implementierung der Schaltung unter Berücksichtigung der tatsächlichen Parameter abzuleiten, anstatt von den Simulationsergebnissen abhängig zu sein?
Ja, denn für die Simulation benötigen Sie genaue Werte für Schwellen und Streukapazität (und wahrscheinlich auch Induktivität). Da Sie sie nicht kennen, ist es am einfachsten, die Frequenz der realen Schaltung mit mindestens zwei verschiedenen bekannten Kapazitäten C zu messen und eine Anpassung für die Modellfunktion f(C) = k / (Cs + C) abzuleiten, wobei k und Cs passen Parameter und C ist die variable Kapazität.
Unter Verwendung der in der Antwort angegebenen Gleichung habe ich die Formel erhalten, bei der die unteren und oberen Schwellenwerte aus dem Datenblatt 1,5 und 3,5 V betragen. Als ich in Multisim simulierte, waren die Frequenzwerte den Werten aus der Formel nur für die Kapazität im nf-Bereich ziemlich ähnlich. Es gibt keine korrekten Werte für Kapazitäten im pf-Bereich. Warum tritt dieses Problem auf? Wie kann ich korrekte Werte erhalten, wie ich sie von der Formel erhalten habe?
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