11. December
Moderator: suntri
11. December
Elektronische Töne
Hallo alle,
Aha, heute wird es auch interessant!
Beim Öffnen der Luke Nr. 11 finden wir einen Kondensator von 100 nF.
Dadurch entsteht ein Oszillator.
Was mir hier auffällt ist, dass nur ein Schmitt-Trigger-Inverter verwendet wird!
Ich dachte, dass es bei einem Oszillator immer eine Rückkopplung der gleichen Phase geben sollte.
Und da hier ein Inverter verwendet wird, wird der Ausgang um 180° phasenverschoben.
Das bedarf einiger weiterer Untersuchungen.
Wer ist an der Erklärung dieses Phänomens beteiligt?
Nach dem Drücken des Schalters ist ein Ton deutlich wahrnehmbar.
Könnte es eine Rechteckwelle sein?
Viele Grüße
Hallo alle,
Aha, heute wird es auch interessant!
Beim Öffnen der Luke Nr. 11 finden wir einen Kondensator von 100 nF.
Dadurch entsteht ein Oszillator.
Was mir hier auffällt ist, dass nur ein Schmitt-Trigger-Inverter verwendet wird!
Ich dachte, dass es bei einem Oszillator immer eine Rückkopplung der gleichen Phase geben sollte.
Und da hier ein Inverter verwendet wird, wird der Ausgang um 180° phasenverschoben.
Das bedarf einiger weiterer Untersuchungen.
Wer ist an der Erklärung dieses Phänomens beteiligt?
Nach dem Drücken des Schalters ist ein Ton deutlich wahrnehmbar.
Könnte es eine Rechteckwelle sein?
Viele Grüße
“All the electronic devices are powered by white smoke. When smoke goes out, device is dead.”
― Milan Nikolic
― Milan Nikolic
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Re: 11. December
Hi Frankje! Das hat mich auch umgetrieben. Ich gebe zu, dass ich zwar schon als Teenie begeistert mit meinem EE 2000 gebastelt habe, und mich zum Beispiel digitale Logikschaltungen auch nie nervös gemacht haben — aber jedesmal, wenn etwas ans Schwingen kam, hatte ich das mulmige Gefühl, den Teil der Elektronik zu betreten, in dem die Schwarze Magie eine Rolle spielt. Oszillatoren durchzudenken fand ich immer irgendwie knifflig. Da hätte ich wohl doch Elektrotechnik statt Informatik studieren müssen.
Jedenfalls habe ich mir auch diesmal den Oszillator etwas genauer angeschaut. Laut Meister Kainka ist die Schalthysterese der Schmitt-Trigger im 40106 ja „etwa 1 V“. Mit der Zahl habe ich mal eine kleine Simulation gebaut. Das ging erstaunlich fix mit der App „EveryCircuit“ auf meinem iPad (gibt’s auch für Android und PC). Kann ich empfehlen, wirklich schnuckelig. Man sieht die Elektronen hin-und herflitzen, die Ladungen auf Kondensatoen werden dicker, wenn sie sich aufbauen, ganz was für mich als Spielkind. Und ein „RC Response“-Schaltkreis war als Ausgangsbeispiel schon vorhanden. Das Ergebnis jedenfalls war: Bei 1 V Hysterese sollte der Oszillator so mit rund 225 Hz schwingen, also mit einer Taktzeit von rund 4,45 ms. Hier ein Screenshot:
Die theoretische Zeitkonstante tau = RC = 100 kΩ * 100 nF = 10 ms, in der sich der Kondensator auf rund 2/3 aufladen würde, liegt auch in der richtigen Größenordnung. Bei der vorliegenden Schaltung kommt es ja gar nicht soweit, weil die Spannung am Kondensator immer nur zwischen 4 und 5 V hin- und herpendelt, er also ständig beim Auf- und Entladen unterbrochen wird.
Dann habe ich das mit dem Oszilloskop nachgemessen. Hier ein Screenshot (gelb ist die Spannung am Eingang/Pin 1, blau die Ausgangsspannung an Pin 2). Und wie ein weiser Forumsfreund hier immer so schön schreibt, die schlechteste Realität ist besser als die beste Simulation (oder so). Die tatsächliche Hysterese liegt nämlich eher bei 1,76 V, und die Frequenz entsprechend deutlich niedriger, bei etwa 140 Hz. Die Simulation lag also locker um 1/3 daneben. Man sieht auch, dass das Signal asymmetrisch ist; der Ausgang ist länger an als aus. Warum, ist mir noch unklar.
Ach ja, ein Video gibt’s natürlich auch wieder. Da kann man auch gut hören, wie die Frequenz steigt, wenn man dem Kondensator durch Anfassen einheizt.
Alles in allem ein ergiebiger kleiner Versuchsaufbau!
PS Die Phasendrehung von 180º brauchen wir; bei gleicher Phase käme nichts in Schwingen. Glaube ich.
Jedenfalls habe ich mir auch diesmal den Oszillator etwas genauer angeschaut. Laut Meister Kainka ist die Schalthysterese der Schmitt-Trigger im 40106 ja „etwa 1 V“. Mit der Zahl habe ich mal eine kleine Simulation gebaut. Das ging erstaunlich fix mit der App „EveryCircuit“ auf meinem iPad (gibt’s auch für Android und PC). Kann ich empfehlen, wirklich schnuckelig. Man sieht die Elektronen hin-und herflitzen, die Ladungen auf Kondensatoen werden dicker, wenn sie sich aufbauen, ganz was für mich als Spielkind. Und ein „RC Response“-Schaltkreis war als Ausgangsbeispiel schon vorhanden. Das Ergebnis jedenfalls war: Bei 1 V Hysterese sollte der Oszillator so mit rund 225 Hz schwingen, also mit einer Taktzeit von rund 4,45 ms. Hier ein Screenshot:
Die theoretische Zeitkonstante tau = RC = 100 kΩ * 100 nF = 10 ms, in der sich der Kondensator auf rund 2/3 aufladen würde, liegt auch in der richtigen Größenordnung. Bei der vorliegenden Schaltung kommt es ja gar nicht soweit, weil die Spannung am Kondensator immer nur zwischen 4 und 5 V hin- und herpendelt, er also ständig beim Auf- und Entladen unterbrochen wird.
Dann habe ich das mit dem Oszilloskop nachgemessen. Hier ein Screenshot (gelb ist die Spannung am Eingang/Pin 1, blau die Ausgangsspannung an Pin 2). Und wie ein weiser Forumsfreund hier immer so schön schreibt, die schlechteste Realität ist besser als die beste Simulation (oder so). Die tatsächliche Hysterese liegt nämlich eher bei 1,76 V, und die Frequenz entsprechend deutlich niedriger, bei etwa 140 Hz. Die Simulation lag also locker um 1/3 daneben. Man sieht auch, dass das Signal asymmetrisch ist; der Ausgang ist länger an als aus. Warum, ist mir noch unklar.
Ach ja, ein Video gibt’s natürlich auch wieder. Da kann man auch gut hören, wie die Frequenz steigt, wenn man dem Kondensator durch Anfassen einheizt.
Alles in allem ein ergiebiger kleiner Versuchsaufbau!
PS Die Phasendrehung von 180º brauchen wir; bei gleicher Phase käme nichts in Schwingen. Glaube ich.
Organisator des monatlichen Aachen Maker Meetups
- Helferlein
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Re: 11. December
Hallo zusammen,
nun geht es weiter mit dem Experimentieren. Mit dem 100 nf Kondensator vom heutigen 11. Tag und dem 100 k Widerstand lässt sich die Umschaltfrequenz einstellen. Nun erst einmal zur Schaltung aus dem Handbuch. Danach werde ich mit anderen Kondensatorwerten experimentieren.
Die Schaltung arbeitet wieder einmal wie in der Anleitung beschrieben.
Hier mein Aufbau:
Nun einmal mit dem Oszilloskop messen.
Man misst also bei 10 nf 1000 Hz und bei 100 nf 110 Hz. Die Messung mit einem 10 uf Kondensator aus dem BUSCH-Baukasten ergibt etwa 1 Hz.
Alles wie erwartet! Je höher die Kapazität umso niedriger die Frequenz. In den nächsten Experimenten werden wir mit unterschiedlichen Widerständen arbeiten, was zu ähnlichen Ergebnissen führen dürfte.
Es grüßt vom Rhein
Das Helferlein
nun geht es weiter mit dem Experimentieren. Mit dem 100 nf Kondensator vom heutigen 11. Tag und dem 100 k Widerstand lässt sich die Umschaltfrequenz einstellen. Nun erst einmal zur Schaltung aus dem Handbuch. Danach werde ich mit anderen Kondensatorwerten experimentieren.
Die Schaltung arbeitet wieder einmal wie in der Anleitung beschrieben.
Hier mein Aufbau:
Nun einmal mit dem Oszilloskop messen.
Man misst also bei 10 nf 1000 Hz und bei 100 nf 110 Hz. Die Messung mit einem 10 uf Kondensator aus dem BUSCH-Baukasten ergibt etwa 1 Hz.
Alles wie erwartet! Je höher die Kapazität umso niedriger die Frequenz. In den nächsten Experimenten werden wir mit unterschiedlichen Widerständen arbeiten, was zu ähnlichen Ergebnissen führen dürfte.
Es grüßt vom Rhein
Das Helferlein
Re: 11. December
Hallo Frankje, gerade heute habe ich das Forum entdeckt und bin begeistert von den schönen Aufbauten! Ich bin der Autor des Conrad-Kalenders und habe die Versuche auch auf meine Seite gestellt. https://www.elektronik-labor.de/Lernpak ... nrad21.htm Ist vielleicht nützlich, um auch die Schaltpläne zu sehen.
Interessant fand ich den Gedanken, dass ein Oszillator ja eigentlich einen nicht-invertierenden Verstärker braucht. Das stimmt. Aber Gegenkopplung mit Zeitverzögerung geht auch. Die Zeitverzögerung mit dem Schmitt-Trigger bringt die fehlenden 180 Grad.
Ich freue mich schon auf die weiteren Versuche.
Burkhard
Interessant fand ich den Gedanken, dass ein Oszillator ja eigentlich einen nicht-invertierenden Verstärker braucht. Das stimmt. Aber Gegenkopplung mit Zeitverzögerung geht auch. Die Zeitverzögerung mit dem Schmitt-Trigger bringt die fehlenden 180 Grad.
Ich freue mich schon auf die weiteren Versuche.
Burkhard
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Re: 11. December
Hallo Burkhard,
Wie schön, dass es geklappt hat! Herzlich willkommen. Freut mich, dass Dir unsere Konstruktionen gefallen. Und vielen Dank für den Hinweis mit der Zeitverzögerung bei dem Oszillator.
Und wer sonst noch mitliest: Werft mal einen Blick auf Burkhards neues Buch zur Geschichte der Elektronik-Experimentierkästen.
Viele Grüße,
- Jan
Wie schön, dass es geklappt hat! Herzlich willkommen. Freut mich, dass Dir unsere Konstruktionen gefallen. Und vielen Dank für den Hinweis mit der Zeitverzögerung bei dem Oszillator.
Und wer sonst noch mitliest: Werft mal einen Blick auf Burkhards neues Buch zur Geschichte der Elektronik-Experimentierkästen.
Viele Grüße,
- Jan
Organisator des monatlichen Aachen Maker Meetups
Re: 11. December
Hallo zusammen,
bei diesem Versuch bekomme ich zwar den Piepton, aber keine starke Veränderung bei Variation des Kondensators. Auf dem Oszi bekomm ich eine Rechteck-Funktion, aber diesen doppelten Sägezahn wie auf Manfreds erstem Bild kann ich nicht sehen:
Grüßle
Lilly
PS: Der Link zu den Versuchen ist extrem hilfreich - vielen Dank dafür!
bei diesem Versuch bekomme ich zwar den Piepton, aber keine starke Veränderung bei Variation des Kondensators. Auf dem Oszi bekomm ich eine Rechteck-Funktion, aber diesen doppelten Sägezahn wie auf Manfreds erstem Bild kann ich nicht sehen:
Grüßle
Lilly
PS: Der Link zu den Versuchen ist extrem hilfreich - vielen Dank dafür!
Re: 11. December
Hallo alle,
Danke für den Tipp zu EveryCircuit.
Ich kenne dieses Programm und benutze es seit einiger Zeit.
Ich habe damit auch die Mystery Circuit Challenge (im Busch-Bereich des Forums) simuliert und die Ergebnisse waren fast wie auf der echten Rennstrecke.
Die Messungen und Simulationen sind sehr gut und genau!
Lilly, wissen Sie, wenn Sie ein Oszilloskop auf Wechselstrom stellen und eine Rechteckwelle messen, erhalten Sie einen Sägezahn!
Dies liegt am Eingangskondensator des Oszilloskops. Beim Aufladen sehen Sie einen Sägezahn.
Versuchen Sie, Ihr Oszilloskop auf Wechselstrom einzustellen, und Sie werden dieses Phänomen sehen.
Manfred hatte bei seinen Messungen sein Oszilloskop auf AC gestellt!
Viele Grüße
Danke für den Tipp zu EveryCircuit.
Ich kenne dieses Programm und benutze es seit einiger Zeit.
Ich habe damit auch die Mystery Circuit Challenge (im Busch-Bereich des Forums) simuliert und die Ergebnisse waren fast wie auf der echten Rennstrecke.
Die Messungen und Simulationen sind sehr gut und genau!
Lilly, wissen Sie, wenn Sie ein Oszilloskop auf Wechselstrom stellen und eine Rechteckwelle messen, erhalten Sie einen Sägezahn!
Dies liegt am Eingangskondensator des Oszilloskops. Beim Aufladen sehen Sie einen Sägezahn.
Versuchen Sie, Ihr Oszilloskop auf Wechselstrom einzustellen, und Sie werden dieses Phänomen sehen.
Manfred hatte bei seinen Messungen sein Oszilloskop auf AC gestellt!
Viele Grüße
“All the electronic devices are powered by white smoke. When smoke goes out, device is dead.”
― Milan Nikolic
― Milan Nikolic