../../../icons/Logo.pngPraktische Elektronik


Impulse mit einem astabilen Multivibrator erzeugen.


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Astabiler Multivibrator mit Transistoren

Wir kommen zu einer Schaltung, die sich von den bisherigen unterscheidet.

Sie ändert die Ausgangsspannung selbsttätig mit der Zeit.

Die bisher betrachten Schaltungen reagieren auf Einflüsse von außen:

  • Wir ändern z.B. den Strom eines Verbrauchers und die elektronische Sicherung löst aus.

Ein astabiler Multivibrator gibt an seinem Ausgang ein Signal aus, das nach einer gewissen Zeit 0V ausgibt und etwas später z.B. 5V und diese immer wiederholt.

Astabile Multivibratoren werden z.B.

  • als Taktgeber in dynamischen Digitalschaltungen eingesetzt.
  • zu Steuerung einer blinkenden LED eingesetzt.

Wir setzen hier einen astabilen Multivibrator für ein LED-Blinklicht ein.

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Bild 1: Astabiler Multivibrator mit Transistoren

Der astabile Multivibrator in Bild 1 bringt zwei LED abwechselnd zum leuchten.

In Bild 1 begegnen wir neuen Bauelementen, den Kondensatoren C1 und C2.

Attention pin

Kondensatoren

  • Die Kondensatoren in Bild 1 sind Elektrolytkondensatoren mit 22µF (Mikrofarad).
  • Es handelt sich um gepolte Kondensatoren.
  • Die Polarität gepolter Kondensators muss beachtet werden.
  • Die maximale Betriebsspannung ist 63V.
  • Die maximale Betriebsspannung von Kondensatoren darf nicht überschritten werden.
  • In der Schaltung Bild 1 würden Kondensatoren mit 10V ausreichen.

Kondensatoren

Kondensatoren kommen vielleicht im Laufe des analogen Praktikums zu ersten Mal vor.

Kondensator-Symbol.png
Bild 3: Symbole für Kondensatoren
  • Es gibt ungepolte (Bild 3 links) und
  • gepolte Kondensatoren (Bild 3 rechts)
  • Wir verwenden hier gepolte Kondensatoren.
  • Sie haben die Anschlüsse Plus + und Minus -, die wir nicht vertauschen dürfen.
  • Kondensatoren haben eine Kapazität, die in Farad gemessen wird.
  • Meistens werden die Werte von Kondensatoren in µF oder nF angegeben.
TantalKondensator.png
Bild 4: Tantalkondensatoren sind gepolt

Der Kondensator links in Bild 4 ist ein Tantalkondensator mit 4,7µF für bis zu 35V. Rechts liegt ein Tantalkondensator mit 10µF für bis zu 16V. Der positive Anschluss + liegt rechts.

Kerko.png
Bild 5: Keramikkondensatoren sind ungepolt

Die beiden in Bild 5 Keramikkondensatoren haben beide 100nF also 0,1µF.

Elko.png
Bild 6: Elektrolytkondensatoren sind gepolt

Auf Elektrolytkondensatoren wie in Bild 6 ist meistens der Wert und die maximal zulässige Spannung aufgedruckt. Weil Elektrolytkondensatoren gepolt sind, ist ein Anschluss meistens mit - gekennzeichnet.

Die LEDs am astabilen Multivibrator blinken abwechselnd. Sie blinken etwa 1,5 mal in der Sekunde, d.h. die Spannung an den Kollektoren der Transistoren wird alle 0,64 Sekunden ein- und ausgeschaltet.

Man bezeichnet die Anzahl der Änderungen pro Sekunde als Frequenz. Die Zeit, nach der sich ein Impuls wiederholt, wird als Periode bezeichnet.

Frequenz

Die Anzahl der Ein- Aus-Schaltvorgänge pro Sekunde wird als Frequenz bezeichnet.

  • Frequenzen f werden in Hz gemessen.

Normalerweise arbeiten wir in der Elektronik mit sehr hohen Frequenzen. Digitalschaltungen werden oft mit Frequenzen im Bereich von Megahertz, d.h. Millionen Hertz (MHz) betrieben oder gar GHz.

      1000Hz =       1kHz
   1000000Hz =    1000kHz =    1MHz
               1000000kHz = 1000MHz = 1GHz

Außer der Frequenz eines Signals wird oft auch seine Periode angegeben. Die Periode P ist die Zeit nach der sich ein Signal wiederholt.

P = 1 / f

Frequenz des astabilen Multivibrators

Im Prinzip lässt sich die Frequenz eines astabilen Multivibrators berechnen:

f = 1 / (R * C)
P = R * C

Außerdem gilt

f = 1 / P
P = 1 / f

In unserer Schaltung in Bild 1 wird die Frequenz durch die RC-Glieder C1 und R4 bzw. C2 und R3 bestimmt.

In unserem Fall sind R3=R4 und C1=C2. Dann gilt.

f = 1 / (R4 * C1)
f = 1 / (24kΩ * 22µF)
f = 1,9Hz

Diese Werte sind nicht sehr genau.

Sie hängen auch von den

  • Widerständen R2 und R5
  • R1, LED1 und R6, LED2,
  • aber auch von der Betriebsspannung ab.
  • Kondensatoren haben außerdem relativ große Toleranzen von meistens 20%.
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Frequenzen

Astabile Multivibratoren mit Transistoren sind weder

  • für lange Zeiten (Perioden)
  • dafür werden relativ große Kondensatoren benötigt
  • der Timer 555 ist besser und genauer.
  • noch für hohe Frequenzen
  • Multivibratoren schwingen nicht
  • Multivibratoren mit Schmitt-Triggern besser

geeignet.

Siehe Rezepte Multivibratoren.

Eigene Versuche

Den Einfluss der Belastung können wir einfach nachweisen.

Wenn wir die LEDs nicht nach +5V legen, sondern nach 0V,

  • ist die Frequenz höher (etwa 3Hz) und
  • die LEDs leuchten nur schwach.
  • Das liegt natürlich daran, dass der Strom für LED1 über R1 und R2 fließt und R2 10kΩ beträgt.

Alternativen

Wird eine höhere Genauigkeit der Frequenz benötigt:

  • Zuverlässige Berechnung der Frequenz
  • Einfachere Schaltung
  • Nur ein IC mit 8 Anschlüssen ein Kondensator und zwei Widerstände
  • Vor allem wird ein kleinerer Kondensator benötigt.
  • Unabhängigkeit von der Betriebsspannung und
  • der Last

Dann geht eigentlich nichts am Timer 555 vorbei.

Zur Berechnung der Bauelemente kann das Tool Astabiler Timer 555 verwendet werden.

Hohe Frequenzen

Für hohe Frequenzen ab 100kHz sind Multivibratoren mit Schmitt-Triggern am besten geeignet.

Schmitt-Trigger werden als Digital-Bausteine angeboten und sind sehr robust und zuverlässig.

  • Es sind sowohl lange Zeiten als auch sehr hohe Frequenzen über 1MHz möglich.
  • Die Schaltung ist sehr einfach außer dem Schmitt-Trigger werden meistens nur ein Widerstand und ein Kondensator benötigt.
  • Genaue Frequenzen lassen sich mit Quarzen an Schmitt-Triggern erzeugen.

Zur Berechnung der Bauelemente kann das Tool Astabiler Multivibrator mit 74HC14 verwendet werden.


  • Im Rezept Multivibratoren werden verschiedene Schaltungen von Multivibratoren vorgestellt.