Ich hatte letzte Woche eine Platine mit einem HCF4001BE auf dem Tisch liegen, bei dem zwei NOR-Gatter als RC-Oszillator verschaltet waren, siehe Bild. Der Oszillator schwingt einwandfrei. Ich habe heute die Schaltung auf einem Steckbrett mit einem CD4001BE nachgebaut, aber der Oszillator will einfach schwingen! Ersetzt man das IC durch einen CD4093 (NAND mit Schmitt-Trigger), dann schwingt der Oszillator einwandfrei. Warum funktioniert das mit HCF-Typen, aber nicht mit CD-Typen?
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Robby K. schrieb: > Ich habe heute die Schaltung auf einem Steckbrett mit einem CD4001BE > nachgebaut, aber der Oszillator will einfach schwingen! Na sei doch froh, dass er schwingt! Du wolltest das doch so. Oder fehlt da ein "nicht"? 100nF Last sind für einen CD4000er vielleicht etwas viel. Auf jeden Fall ist das auch für einen HCF außerhalb der Spec. Kann gehen, muss aber nicht. Liegt vielleicht auch an den Schaltschwellen: der CD ohne Schmitttrigger braucht digitale Logikpegel, die er durch's RC-Glied nicht bekommt. Der Schmitttrigger kann auch mit Analogsignalen am Eingang umgehen.
Helmut -. schrieb: > der CD ohne Schmitttrigger braucht digitale Logikpegel, die er durch's > RC-Glied nicht bekommt. Der Schmitttrigger kann auch mit Analogsignalen > am Eingang umgehen. So isses! Genau aus diesem Grund nehme ich hier immer ein 4093. Die Frage war aber, warum funktioniert das mit einem HCF4001BE, der KEINE Schmitt-Trigger hat?
Schau dir mal im guten alten CMOS-Cookbook von Don Lancaster das Kapitel "Astable Circuits" an: https://vtda.org/books/Electronics/Don%20Lancaster/CMOS%20Cookbook%20-%20SAMS%20-%201994.pdf dort ab Seite 269. Vor allem die "Improved Version 4-15" funktioniert eigentlich sehr gut auch ohne Schmitt-Trigger.
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Robby K. schrieb: > Ich hatte letzte Woche eine Platine mit einem HCF4001BE auf dem > Tisch > liegen, bei dem zwei NOR-Gatter als RC-Oszillator verschaltet waren, > siehe Bild. Der Oszillator schwingt einwandfrei. > Ich habe heute die Schaltung auf einem Steckbrett mit einem CD4001BE > nachgebaut, aber der Oszillator will einfach schwingen! Ersetzt man das > IC durch einen CD4093 (NAND mit Schmitt-Trigger), dann schwingt der > Oszillator einwandfrei. > Warum funktioniert das mit HCF-Typen, aber nicht mit CD-Typen? Moin, Mit dem 4093 funktioniert die Schaltung in einer Art "Relaxations Modus" wo der Logikzustand von den Schmitt-Trigger Pegeln bestimmt wird und im "Umschaltbetrieb" mit saubererem Rechteck funktioniert. Am Eingang ist dann eine Dreieckschwingung, die von den Schmitt-Trigger Spannungswerten bestimmt wird. https://www.homemade-circuits.com/cmos-astable-bistable-monostable-circuits-explained/ In der NOR Schaltung wirkt das zweite Gatter mit dem Rückkopplungswiderstand aber als linearer Verstärker. Es sollte eigentlich schon funktionieren. Frequenz durch RC Zeitkonstante gegeben. Ich würde allerdings jeweilig den zweiten Eingang auf Masse legen. Vielleicht liegt da der Grund begraben. Hier noch eine App Note dazu: https://www.ti.com/lit/an/szza043/szza043.pdf?ts=1714948158479 Versuch auch den DC Pegel am Ausgang ohne Koppel-C zu messen. Da müsste ziemlich genau VDD/2 anliegen. Wenn nicht, ist etwas faul. Gerhard
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Ja, danke, bekannt... aber die Schaltung lag nun mal so vor mir, und sie hat funktioniert!
Ja, danke, aber die Schaltung lag nun mal so vor mir. Und sie hat funktioniert, so wie auf dem Bild gemalt!
Robby K. schrieb: > Warum funktioniert das Überlege mal: Denk dir den Kondensator weg. Das zweite NOR wird durch den 1M5 genau im Umschaltmoment gehalten, es wird weder high noch low ausgegeben sondern die Spannung die als Eingangsspannung genau diese halbe Ausgangsspannung bewirkt, bei einem Verstärkungsfaktor von vermutlich 1 Million. Der erste NOR bekommt dieselbe Eingangsspannung, aber was wird er ausgeben ? Auf Grund kleiner Unterschiede der Gatter, ist unklar ob er diese Spannung genau auf der Schwelle als high, als low oder als halbverhungerte Spannung mittendrin ausgibt. Und damit dürfte auch klar sein, warum die Schaltung mal funktioniert und mal nicht, wenn man den Kondensator ergänzt. Sie funktioniert nur aus Zufall. Selbst wenn sie anschwingt: angenommen das erste NOR gibt Low aus, der Kondensator wurde über die 1M5 gerade so weit (ca. VCC/2) umgeladen dass das NOR an die Schaltschwelle kommt, nun schaltet das erste NOR auf high und der andere Pol des Kondensators wurde auf high+VCC/2 folgen. Kann er aber nicht, weil die Eingangsschutzdioden des zweiten Gatters jede Spannung über VCC+0.7V (oder GND-0.7) verhindern. Der Kondensator wird also ruck-zuck (Ausgangswiderstand des Gatters) von VCC/2 auf 0.7V entladen, dann erst kommt das langsame Umladen über den 1M5. Jede Berechnung der Oszillatorfrequenz geht also in die Hose. Die Schaltung ist Scheisse.
Helmut K. schrieb: > "Improved Version 4-15" So, jetzt mit Zitat... Ja, danke, das mit dem zusätzlichen Widerstand ist mir bekannt, ist hier aber nicht realisiert worden. Trotzdem hat die Schaltung einwandfrei funktioniert!
Michael B. schrieb: > Die Schaltung ist Scheisse. Korrekt! Ich würde das so nicht aufbauen, denn ohne eindeutige Schwellen mag das bei hohen Frequenzen mit einem Quarz funktionieren, aber wohl schlecht mit einem RC-Glied...? Das war genau der Grund warum ich das mal auf meinem Steckbrett nachvollziehen wollte.
Michael B. schrieb: > Auf Grund kleiner Unterschiede der Gatter, ist unklar ob er diese > Spannung genau auf der Schwelle als high, als low oder als > halbverhungerte Spannung mittendrin ausgibt. > Sie funktioniert nur aus Zufall. Ich wollte dem Zufall auf die Sprünge helfen und habe auf dem Steckbrett das CD4001 gegen ein CD4011 getauscht, aber auch hier kein Anschwingen. Die Platine gibt es als Bausatz oder als Fertigteil zu kaufen. Ich kann mir einfach nicht vorstellen, daß der Entwickler dutzende von ICs ausprobiert und dann nur die „guten“ in die Tüten verpackt?!
Deutlich stabiler ist die Schaltung mit 3 Invertern. Nach den ersten beiden erfolgt die Mitkopplung über den Kondensator und erst dann dreht der 3. die Phase für den Umladewiderstand. Und an den Eingang gehört noch ein Widerstand zur Strombegrenzung durch die internen Schutzdioden. Siehe Osc_1.png Beitrag "Inverter-Oszillator: Der eine schwingt, der andere nicht"
Georg M. schrieb: > https://i.stack.imgur.com/dGOci.jpg > Das ist die "Improved Version 4-15" von Helmut K.
Peter D. schrieb: > Deutlich stabiler ist die Schaltung mit 3 Invertern. Ja, sieht interessant aus, aber die ursprüngliche Frage war ja, warum die „Schrott-Schaltung“ (siehe Bild) offensichtlich funktioniert, mein „Nachbau“ aber nicht?
Robby K. schrieb: > mein > „Nachbau“ aber nicht? IC1B geht in den Analogbetrieb, so daß sich etwa VCC/2 einstellt und IC1A nicht kippen kann. Es gibt aber Gatter, die haben ein Schmitt-Trigger Verhalten, obwohl es nicht explizit im Datenblatt steht. Hier zahlt sich übertriebene Sparsamkeit nicht aus und man nimmt besser 3 Inverter.
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Peter D. schrieb: > Es gibt aber Gatter, die haben ein Schmitt-Trigger Verhalten, obwohl es > nicht explizit im Datenblatt steht. Welche sind das? Beispiel?
Robby K. schrieb: > Peter D. schrieb: >> Es gibt aber Gatter, die haben ein Schmitt-Trigger Verhalten, obwohl es >> nicht explizit im Datenblatt steht. > > Welche sind das? Beispiel? SN74HC und CD74HC haben neuerdings (seit TI auf 300-mm-Dies umgestellt hat) ein bisschen Hysterese. Und modernere Logikfamilien (AHC, LV, LVC, AUP, AUC) hatten das immer schon. Mir ist das aber nicht bei CD4000 bekannt.
Clemens L. schrieb: > SN74HC und CD74HC haben neuerdings (seit TI auf 300-mm-Dies umgestellt > hat) ein bisschen Hysterese. Und modernere Logikfamilien (AHC, LV, LVC, > AUP, AUC) hatten das immer schon. Ja, Hysterese ist das Zauberwort. Haben die HCF-Typen so etwas?
Clemens L. schrieb: > Mir ist das aber nicht bei CD4000 bekannt. Der bekannteste ist der CD4093. Es gibt aber auch noch den CD40106 und den CD4584 (CD4584 nicht mehr als THT lieferbar).
http://www.bitsavers.org/components/national/_dataBooks/1981_Natonal_CMOS_Databook.pdf#page=813 Application note AN118 von National Semiconductor "CMOS Oscillators" Hier natürlich mit deren CMOS-Familie 74Cxx. Fig.5 die 2-Gatter-Version "less than perfect oscillator" http://www.bitsavers.org/components/rca/_dataBooks/1980_RCA_COS_MOS_Integrated_Circuits.pdf#page=632 eine ähnliche Appnote ICAN-6466 von RCA "Astable and Monostable Oscillators Using RCA COS/MOS Digital Integrated Circuits" In Fig.1 sieht man wie es ordentlicher geht, der Ausgang des 2.Gatters nur über einen Kondensator zurückgeführt und das erste Gatter mit zwei Widerständen linearisiert.
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Robby K. schrieb: > Ja, danke, aber die Schaltung lag nun mal so vor mir. Und sie hat > funktioniert, so wie auf dem Bild gemalt! Mal abgesehen davon, dass das die ungünstigste Variante eines Kippschwingers ist, 120Hz mit 1.5M und 100nF? Das ist zu bezweifeln. Für sehr kleine Frequenzen wären, wegen der dann sehr langsamen Spannungsänderung, Inverter mit Schmitt-Trigger Eingang das Mittel der Wahl.
Robert M. schrieb: > Für > sehr kleine Frequenzen wären, wegen der dann sehr langsamen > Spannungsänderung, Inverter mit Schmitt-Trigger Eingang das Mittel der > Wahl. Ganz meine Rede, siehe weiter oben... Ich würde das nur mit Gattern mit Schmitt-Trigger aufbauen (4093), aber der Entwickler hat die anderen beiden Gatter (IC1C und IC1D) für andere Dinge gebraucht und wollte sich wohl ein weiters IC sparen?
Die Gatterreihenfolge ist oben vertauscht. Der Ausgang sollte laut beiden Appnotes am "digitalen" Gatter IC1A sein, nicht am mit 1,5M linearisierten IC1B. Auch im CD4060 sind zwei Gatter hintereinander, die üblicherweise als Oszillator benutzt werden: http://www.bitsavers.org/components/rca/_dataBooks/1980_RCA_COS_MOS_Integrated_Circuits.pdf#page=213 in Fig. 12 "Typical RC circuit", man sieht aber einen zusätzlichen Schmitt-Trigger am Ausgang.
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Robby K. schrieb: > Ja, Hysterese ist das Zauberwort. Haben die HCF-Typen so etwas? Nochmals zur Zusammenfassung: Diese Schaltung ist keine Entwicklung von mir. Ich hätte den Oszillator mit einem 4093 realisiert, aber es ist wie es ist. Der Entwickler hatte wohl noch 2 NOR-Gatter „übrig“ und wollte für den Oszillator kein extra Chip verbauen? Wie auch immer, normalerweise gibt der Präfix nur den Hersteller an: HEF4xxx = Philips CD = 4xxx National (Fairchild) oder Harris HCF4xxx = SGS Thomson MC14xxx = Motorola bzw. ON Semiconductor Aber, ich denke der „kleine Unterschied“ (ob der Oszillator schwingt oder nicht) liegt im „IC-Präfix“ und somit an der Technologie? Oder anders ausgedrückt: Die CD4xxx sind aus einer anderen Familie als die HCF4xxx? Die (selbsterklärenden) Grafiken von Texas Instruments (mit und ohne Hysterese) konnte ich dem Internet entnehmen...
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So wie es im Datenblatt des CD4060 gezeichnet ist kenne ich die Schaltung. In Fig. 12: das linke Gatter ist über zwei Widerstände gegengekoppelt und das rechte arbeitet normal, sein Ausgang ist über den Kondensator auf den Eingang des ersten Gatters rückgekoppelt. Unten die Empfehlung für die beiden Widerstände, RS = 2...10* RX Größenordnung 100k und 10k, die 1,5M sind schon recht hoch. Es gab damals viele Gatter von RCA in zwei Ausführungen, gebuffert und ungebuffert "UB". Die UB waren etwas schneller, und ließen sich vermutlich besser linearisieren.
Christoph db1uq K. schrieb: > Es gab damals viele Gatter von RCA in zwei Ausführungen, gebuffert und > ungebuffert "UB". Nicht nur von RCA. > Die UB waren etwas schneller, und ließen sich > vermutlich besser linearisieren. So ist es.
Und mindestens TI und Onsemi stellen den 4001UB noch her.
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Robby K. schrieb: > Peter D. schrieb: >> Es gibt aber Gatter, die haben ein Schmitt-Trigger Verhalten, obwohl es >> nicht explizit im Datenblatt steht. Allgemeine Dinge wie eine Hysterese (welche die ganze Logik-Familie betrifft) müssen nicht explizit in jedem Datenblatt wiederholt werden. Das würde nur unnötig Papier erzeugen. Dafür gibt es die Logik-Familien-„Übersicht“. Nur, leider habe ich für die HCF-Typen (die von STMicroelectronics bzw. SGS Thomson hergestellt werden) bisher kaum etwas gefunden. Vielleicht weiß jemand mehr?
Robby K. schrieb: > Nur, leider habe ich für die HCF-Typen (die > von STMicroelectronics bzw. SGS Thomson hergestellt werden) bisher kaum > etwas gefunden. Vielleicht weiß jemand mehr? http://bitsavers.informatik.uni-stuttgart.de/components/sgs/_dataBooks/1991_SGS-THOMSON_COS-MOS_B-Series_Devices_Databook_1st_Ed.pdf Auszug anbei.
H. H. schrieb: > Auszug anbei. Danke für das PDF. Tja, die Zeiten der Bücher sind schon lange vorbei. Habe im PDF leider nichts gefunden, das auf eine eingebaute „Grundhysterese“ der Eingänge hindeuten würde... Die HCS-Typen von TEXAS haben das, die CD-Typen und HCF-Typen wohl nicht?
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Ich weiß nicht, warum du dich so auf die Hysterese versteifst. Die Schaltung benötigt keine. Im Gegenteil. Ich habe die Schaltung auch mit TTL-Gattern aufgebaut und sie funktionierte. Die haben auch keine Hysterese. Etwas gravierender ist der fehlende Widerstand zwischen dem Eingang des Gatters und dem Kondensator. Dadurch werden die Eingangsschutzdioden beim Umschalten des Kondensators heftig belastet. Es kann sogar zum Latchup kommen (je nach Betriebsspannung). Immerhin steht da ca. die 1.5-fache Betriebsspannung respektive die 0.5-fache negative Betriebsspannung an (Annahme: das Gatter schaltet bei 50% Betriebsspannung um). Jetzt wird der Strom nur durch den Ausgangswiderstand des anderen Gatters begrenzt. Der Grund, warum man das wenn möglich mit ungepufferten Typen baut, ist daß die a) weniger Verzögerung haben und b) deren Stromaufnahme im linearen Betrieb niedriger ist. Punkt a) ist aber 120Hz egal.
Es ist eine einfache Kausalkette. Wird der Entladewiderstand direkt auf den Eingang des selben Gatters rückgeführt, kann dieses in den Analogbetrieb gehen und es stellt sich eine Gleichspannung ein. Liegt der Entladewiderstand aber hinter der Kondensatormitkopplung, wird solange weiter entladen, bis die Mitkopplung umkippt. Daher schwingt es mit 3 Gattern immer. Mit 2 Gattern dagegen nur bei Schönwetter. Und mit Schmitt-Trigger (CD4093, 74HC132) reicht sogar 1 Gatter aus. Die Schaltung im CD4060 stellt einen Sonderfall dar. Vielleicht sorgt das Power-On oder eine Flanke am Reset für den Startimpuls. Es kann durchaus sein, daß man sie in den nicht schwingenden Zustand bringen kann. Es hat nur noch niemand probiert. Und im CD4536 wurde die bessere 3 Gatter Schaltung verwendet.
Peter D. schrieb: > Mit 2 Gattern dagegen nur bei Schönwetter. Und deswegen sollte eine Hysterese (wie bei HCS-Typen, die den verbotenen Bereich „umgeht“) bei 2 Gattern hilfreich sein. Leider ist bei den HCF-Typen keine implementiert.
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Peter D. schrieb: > Die Schaltung im CD4060 stellt einen Sonderfall dar. ... und ist langjährig bewährt, sogar als PWM-Erzeuger machbar.
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