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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik RC-Oszillator mit 74HC04 spinnt


Autor: Gast (Gast)
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Hi,
ich habe auf meinem Steckbrett einen einfachen RC-Oszillator mit einem 
74HC04 Hex-Inverter aufgebaut. Die Standardschaltung eben 10k Widerstand 
als Feedback und am Eingang einen 100nF Kondensator. Das IC hat laut 
Datenblatt eine untere Schwelle von 1.35V und eine obere von 3.15V. Ich 
habe ausgerechnet, dass die Frequenz etwa 655Hz betragen sollte. 
SOLLTE....

Der Oszillator schwingt schön, allerdings bei mehreren MHz. Eine genaue 
Aussage ist auf Grund eines sehr hohen Jitters und des resultierenden 
schlechten Oscar Bildes nicht möglich. Die Spannung am Kondensator liegt 
etwa auf halber Betriebsspannung und schwankt nur noch im sehr kleinen 
mV Bereich. Die Frequenz ändert sich übrigens nicht wenn ich statt 100nF 
einen 1µF oder einen 10nF Kondensator nehme. Wenn man das Ausgangssignal 
bei einer hohen Zeiteinstellung betrachtet, fällt noch etwas auf: Das 
Signal ist zwischen durch 0 und wenn es 1 ist, dann schwingt es mit 
besagter Frequenz im MHz-Bereich. Grob geschätzt, könnte die Frequenz 
dieser Abfolge, also 0 und Schwingen, etwa mit der soll Frequenz 
übereinstimmen.
Alle Bauteile wurden mehrfach ausgetauscht, um Defekte auszuschließen.
Senkt man die Betriebsspannung, sinkt die Frequenz erwartungsgemäß. Bei 
1V ist der Jitter klein genug um eine Aussage machen zu können. Die 
Frequenz liegt hier bei 1kHz. Das muss nicht exakt stimmen --> 
Oszilloskop Baujahr 1978. Letzte Kalibrierung --> kA. Bei 1V sind auch 
die Spannungsschwankungen am Kondensator messbar - etwa +-100mV - und 
haben eine ordentliche Kurvenform.
Interressant ist auch folgendes: Wenn ich drei Inverter nehme und jeden 
mit einem RC-Glied gleicher Zeitkonstante am Eingang versehe und den 
letzten Ausgang mit dem ersten RC-Glied verbinde - hoffe man kann sich 
die Schaltung vorstellen - dann kommen messbare Frequenzen dabei rum, 
die aber trotzdem viel zu groß sind gegenüber meinen Berechnungen für 
diese neue Schaltung.

Ich bin langsam überfragt, wo hier der Fehler sein könnte. Vielleicht 
ist auch der Oscar nicht mehr ganz so fit, aber ein defekter Oscar 
"erfindet" doch keine Wellenformen, oder?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Ich liebe beschreibungen von Schaltungen in Textform.
Kannst du mal die Schaltung posten wie die aussieht dann geht das 
einfacher dir bei deinem Problem zu helfen.

Gruss Helmi

Autor: Branko Golubovic (branko)
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Das IC hat laut
Datenblatt eine untere Schwelle von 1.35V und eine obere von 3.15V.
Vo steht dass?
Was du brauchst ist ein 74HC14, Inverter mit Hysteresis.

Gruss Branko

Autor: Gast (Gast)
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Hier erstmal die Schaltung...

Autor: Gast (Gast)
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Und hier das Datenblatt.
Auf Seite 3 in der Tabelle wird V(IH) für 4.5V VDD mit min. 3.15V 
ausgewiesen und V(IL) mit max. 1.35V.
Allerdings würde die fehlende Hysterese die Symptome erklären. Die 
Frequenz wäre dann vom Delay und Rise-Time des 74HC04s bestimmt, die ja 
auch betriebsspannungsabhängig sind. Wenn er also keine Hysterese hat, 
warum schreiben die dann sowas ins Datenblatt?

Autor: Gast (Gast)
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Nimm einen 74HC14.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Das funktioniert nur mit Schmitt-Trigger Invertern wie den HC14. Mit 
normalen Invertern geht es nicht.

Autor: Gast (Gast)
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Gut hab ich jetzt verstanden. Der 04er scheint offensichtlich keine 
Hysterese zu haben. Aber was ist jetzt mit den Werten im Datenblatt, das 
interressiert mich jetzt. Offensichtlich schaltet das Teil ja nicht erst 
bei 3.15V bzw. 1.35V sondern mehr in der Mitte.

Autor: yalu (Gast)
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> Auf Seite 3 in der Tabelle wird V(IH) für 4.5V VDD mit min. 3.15V
> ausgewiesen und V(IL) mit max. 1.35V.
> Allerdings würde die fehlende Hysterese die Symptome erklären. Die
> Frequenz wäre dann vom Delay und Rise-Time des 74HC04s bestimmt, die
> ja auch betriebsspannungsabhängig sind. Wenn er also keine Hysterese
> hat, warum schreiben die dann sowas ins Datenblatt?

Die Angaben im Datenblatt sagen nur aus, dass du bei Eingangsspannungen
zwischen 1,35V und 3,15V nicht mit einem eindeutig definierten
Ausgangspegel rechnen kannst. Die angegeben Werte sind keine
Schaltschwellen und implizieren deswegen auch keine Hysterese.

Autor: HildeK (Gast)
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>ich habe auf meinem Steckbrett einen einfachen RC-Oszillator mit einem
>74HC04 Hex-Inverter aufgebaut.

Ich kenne die Schaltung, wie z.B. auch hier
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Kip...
gezeigt, nur mit Schmitt-Trigger (oder ich erinnere mich nicht mehr an 
alles ...).
Wenn nur Inverter verwendet werden, dann wird mit drei in Serie 
geschalteten Invertern gearbeitet:
- C vom E1 nach A2
- R vom E1 nach A3

Autor: Andreas K. (a-k)
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Ja, der HC04 hat keine Hysterese und die 74HC schalten ungefähr bei 
VCC/2 (im Unterschied zu TTL und 74HCT). Im Schaltpunkt verhält sich das 
Teil wie ein Verstärker, was bei der Verwendung als Quarz-Oszillator 
genutzt wird (bei 74HCU04).

Die Angaben Vil/Vih definieren den gültigen Bereich, d.h. zwischen Vil 
und Vih ist das Verhalten nicht definiert.

Autor: Gast (Gast)
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Die Undefiniertheit erklärt auch den starken Jitter. Danke für die 
kostenfreie Beratung.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Es geht auch mit einem HC04 als Rechteckgenerator .
Frequenz ca. 1/(2.5*C1*R2)

Gruss Helmi

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Helmut Lenzen (helmi1)

>Es geht auch mit einem HC04 als Rechteckgenerator .

Ist aber bisweilen unsicher im Anschwingen. Die Drei-Gatter-Version ist 
sicher.

http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-118.pdf

MFG
Falk

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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@Falk

Die Applikation kannte ich bisher nicht. Aber das ist auch schon 
Jahrzehnte  her wo ich den letzen Oszillator so aufgebaut habe. Nehme 
entweder Quarzoszillator oder den Schmitttrigger type.

Gruss Helmi

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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@ Gast:

Im Datenblatt des 74HC04 (von ST) stehen auch auf Seite 2 unter 
"Recommended Operating Conditions" die Werte für tr und tf bei 
verschiedenen Vcc.
Dies sind die Knackpunkte bei ICs die keine Schmitt-Trigger-Eingänge 
haben. Das Eingangssignal muß den 'verbotenen' Bereich im angegebenen 
Zeitraum (oder schneller) durchlaufen, d.h. den sich ergebenden 
Spannungsbereich aus den unter "DC Specifications" angebenen 
Spannungswerte für VIH und VIL (welche ebenfalls wieder anhängig von Vcc 
sind). Andernfalls läuft das Gatter gefahr zu oszillieren.
Übrigens passiert das u.U. auch, wenn unbenutzte Gatter-Eingänge in 
einem IC nicht beschaltet sind und einfach in der 'Luft' hängen. Aus 
'Sympathie' schwingen sie gerne mit und bringen dann manchmal das ganze 
IC 'durcheinander'.

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