Ich habe als Ergebnis von Untersuchungen zu diskreter RTL-Logik ausversehen einen Ringoszillator gebaut, der in einem definierten Spannungsbereich zwei stabile Operationsmodi mit um den Faktor 100 unterschiedlichen Frequenzen hat. Details hier: https://hackaday.io/project/170697-evaluating-transistors-for-bipolar-logic-rtl/log/179154-using-a-led-as-base-resistor-metastable-ring-oscillator Hat jemand so etwas schon einmal gesehen? In der Literatur finde ich zum Stichwort "metastable ring oscillator" nur etliche Paper in denen die Metastabilität des Anfangszustandes zur Zufallszahlenerzeugung ausgenutzt wird. Einen Oszillator mit mehreren stabilen Oszialltionsfrequenzen habe ich nicht gefunden.
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Tim . schrieb: > Einen Oszillator mit mehreren stabilen > Oszialltionsfrequenzen habe ich nicht gefunden. Dann hast du noch keinen Oszillator gebaut :-) Generell ist es nichts ungewöhnliches, dass die Schwingbedingung auf mehr als nur einer Frequenz erfüllt ist, das kann - muss aber nicht - zusätzlich vom Arbeitspunkt abhängig sein. Dafür braucht man keine Kette mit vielen Transistoren, sondern kann das bereits mit einem einzigen schaffen. Je höher die Grenzfrequenz des verwendeten Transistors, desto kritischer. Analoge Schaltungstechnik ist eine Kunst für sich.
An Deiner Stelle wäre ich mir nicht einmal so sicher, dass es sich nur um zwei stabile Schwingungsmodi handelt, sondern jeder dieser Modi könnte sich auch nochmal in mehrere weitere aufteilen. Daher wäre es sehr interessant, sich das ganze zeitlich hochaufgelöst anzuschauen und dabei im Zeitbereich Korrelationen sowie im Frequenzbereich das Spektrum zu studieren. Womöglich findet man sogar Ähnlichkeiten zum Verhalten der Logistischen Gleichung bzw. dem daraus resultierenden Bifurkationsdiagramm: https://de.wikipedia.org/wiki/Logistische_Gleichung https://www.youtube.com/watch?v=ovJcsL7vyrk
Bernhard S. schrieb: > Tim . schrieb: >> Einen Oszillator mit mehreren stabilen >> Oszialltionsfrequenzen habe ich nicht gefunden. > > Dann hast du noch keinen Oszillator gebaut :-) > > Generell ist es nichts ungewöhnliches, dass die Schwingbedingung auf > mehr als nur einer Frequenz erfüllt ist, das kann - muss aber nicht - > zusätzlich vom Arbeitspunkt abhängig sein. Nun ja, dass ein Oszillator allgemein auch auf harmonischen Oszillieren kann ist nachvollziehbar, wenn da auch das Phasenkriterium erfüllt wird. Allerdings sprechen wir hier über einen Frequenzunterschied von drei Größenordnungen. Das finde ich aus einfachen Betrachtungen heraus schon ungewöhnlich. > Dafür braucht man keine Kette mit vielen Transistoren, sondern kann das > bereits mit einem einzigen schaffen. Je höher die Grenzfrequenz des > verwendeten Transistors, desto kritischer. Ja, allerdings geht es hier um einen Ringoszillator :)
Andreas S. schrieb: > An Deiner Stelle wäre ich mir nicht einmal so sicher, dass es sich nur > um zwei stabile Schwingungsmodi handelt, sondern jeder dieser Modi > könnte sich auch nochmal in mehrere weitere aufteilen. Daher wäre es > sehr interessant, sich das ganze zeitlich hochaufgelöst anzuschauen und > dabei im Zeitbereich Korrelationen sowie im Frequenzbereich das Spektrum > zu studieren. > > Womöglich findet man sogar Ähnlichkeiten zum Verhalten der Logistischen > Gleichung bzw. dem daraus resultierenden Bifurkationsdiagramm: > > https://de.wikipedia.org/wiki/Logistische_Gleichung > > https://www.youtube.com/watch?v=ovJcsL7vyrk Das ist eine Interessante Idee. Ich hatte auch schon an nichtlineare Oszillatoren gedacht. Die Frage wäre natürlich, welcher Parameter hier die Bifurkation bewirkt. Immerhin habe ich zwei Datenpunkte: Mit einem schnellen Transistor gibt es keine Bifurkation, mit einem normalen Schalttransistor zwei Zustände.
Spekulatius: Bei der hohen Frequenz sind die Transistoren ehr dem Kleinsignalbetrieb nahe, bei der niedrigen Frequenz gehen die in die Sättigung so daß eine Sperrerholzeit dazu kommt
Tim . schrieb: > Allerdings sprechen wir hier über einen Frequenzunterschied von drei > Größenordnungen. Das finde ich aus einfachen Betrachtungen heraus schon > ungewöhnlich. Meist hast du L und C und dazu noch mehrere parasitäre L und C, da können sich schon etliche sehr verschiedene Resonanzen bilden. In deiner verlinkten Schaltung sind jetzt keine LC Resonatoren, aber du hast bei Transistoren eine Stromverstärkung die zu tiefen Frequenzen ansteigt und damit tieffrequente Resonanzen wahrscheinlicher macht. Tim . schrieb: > Ja, allerdings geht es hier um einen Ringoszillator :) Umso schlimmer, mit jedem zusätzlichen Transistor bekommst du mehr Möglichkeiten für irgendwelche Resonanzen.
A-Freak schrieb: > Spekulatius: > Bei der hohen Frequenz sind die Transistoren ehr dem Kleinsignalbetrieb > nahe, bei der niedrigen Frequenz gehen die in die Sättigung so daß eine > Sperrerholzeit dazu kommt Das klingt sehr plausibel und passt auch dazu dass bei hoher Versorgung die Frequenz unten ist. Eine instabile Amplitude kommt bei einem nicht so gelungenen Oszillator schon mal vor.
Funktionieren solche Ringoszillatoren auch mit 3 Transistoren?
Hier ist mal ein Beispiel eines Ringoszillators mit Transistoren: https://images.gutefrage.net/media/fragen/bilder/weiss-jemand-wie-man-bei-dieser-schaltung-die-leds-in-einer-reihenfolge-blinken-laesst/0_big.png?v=1582666469000 Funktioniert auch mit drei Stufen oder mit beliebig vielen Stufen. Die LEDs gehen nacheinander kurz mal aus. Wenn die Kette durch ist gehts wieder von Vorne los.
Eventuell funktionieren die Dioden parasitär als parametrischer Verstärker. Irgendwelche Filterelemente einzubauen, wäre sicherlich eine gute Idee.
Ich habe das Verhalten jetzt mit Spice nachvollziehen können. Ergänzungen hier: https://hackaday.io/project/170697-evaluating-transistors-for-bipolar-logic-rtl/log/179154-using-a-led-as-base-resistor-metastable-ring-oscillator A-Freak schrieb: > Spekulatius: > Bei der hohen Frequenz sind die Transistoren ehr dem Kleinsignalbetrieb > nahe, bei der niedrigen Frequenz gehen die in die Sättigung so daß eine > Sperrerholzeit dazu kommt Es scheint in der Tat so zu sein, dass im langsamen Mode die Schaltgeschwindigkeit durch die Basis-Sättigung begrenzt ist. Im schnellen Modus gibt es allerdings auch saturation-switching, welches durch negativen overdrive beschleunigt wird. Andreas S. schrieb: > Womöglich findet man sogar Ähnlichkeiten zum Verhalten der Logistischen > Gleichung bzw. dem daraus resultierenden Bifurkationsdiagramm: > > https://de.wikipedia.org/wiki/Logistische_Gleichung > > Youtube-Video "This equation will change how you see the world (the > logistic map)" Die Simulation zeigt einen Bereich der Instabilität nahe des Übergangs. Das könnte tatsächlich auf chaotisches Verhalten hindeuten. Die Frage ist nur, wie man dieses "stabilisiert".
Bastler schrieb: > Funktionieren solche Ringoszillatoren auch mit 3 Transistoren? Ja, man benötigt eine ungerade Zahl an invertern. Drei sind das Minimum. https://de.wikipedia.org/wiki/Ringoszillator
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Ich habe jetzt einmal die Trajektorien im instabilen Bereich aufgenommen: https://hackaday.io/project/170697-evaluating-transistors-for-bipolar-logic-rtl/log/179154-using-a-led-as-base-resistor-chaotic-ring-oscillator Das Ergebnis ist ziemlich faszinierend - es scheint sich tatsächlich um einen chaotischen Oszillator zu handeln und nicht einfach um überlagertes Rauschen.
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