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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik NAND Oszillator


Autor: Christoph (Gast)
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Hallo,

ich habe zwei Fragen bezüglich eines Oszillators bestehend
aus zwei NAND Gattern. (siehe link)

http://i83.photobucket.com/albums/j295/leoricksimo...

Ich habe die Schaltung aufgebaut und diese oszilliert auch.
Jetzt habe ich aber Verständnisprobleme bei der genauen
Funktionsweise der Schaltung.

Mir ist klar wie ein NAND Gatter funktioniert, mir ist auch klar,
dass die NAND Gatter als Inverter beschalten sind.

Nun versuche ich mir den Rest so zu erklären: Der Kondensator wird
aufgeladen und dann wieder über die Widerstände entladen (Von der
Größe des Kondensators und der Widerstände, hängt die Frequenz ab)

Wenn ich nun den 1 MOhm Widerstand durch einen regelbaren Widerstand
ersetze ändert sich das Schwingverhalten der Schaltung nicht
merkbar. Wenn ich aber den 100 kOhm Widerstand durch einen
regelbaren Widerstand kann ich die Schwingfrequenz einstellen.

Nun meine zwei Fragen:

* Mir ist nicht klar warum der 100 kOhm Widerstand überhaupt
  notwendig ist?
  (Es sollte doch auch reichen den Output des zweiten NANDs in den Input
  des ersten zurückzuführen)

* Warum ändert sich die Frequenz nicht merkbar wenn ich den 1 MOhm
  Widerstand durch einen viel kleineren Wert ersetze? (Der Kondensator
  sollte sich jetzt ja viel schneller entladen können)

Vielen Dank,
Christoph

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

diese Schaltungsart dürfte ohnehin nur mit CMOS-Gattern funktionieren.
Stell Dir den Pegel am ersten Eingang als L vor und durchdenke den 
Ablauf, bis was passiert.

Wie soll der Kondensator sich über den 1M schneller entladen? Wohin?

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Christoph (Gast)
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>Diese Schaltungsart dürfte ohnehin nur mit CMOS-Gattern funktionieren.

Warum?

>Stell Dir den Pegel am ersten Eingang als L vor und durchdenke den
>Ablauf, bis was passiert.

Ich glaube jetzt hab ich das Ganze besser verstanden.

L am 1. NAND gibt einen Ouput von H am 1. NAND. Nun wird über den
100 kOhm Widerstand der Kondensator aufgeladen. Der Output des 2. NANDs
ist L, der Kondensator entlädt sich.

Über den 1 MOhm Widerstand ist nun ein H am 1. NAND und ein Output von H 
am
2. NAND. Das 1. NAND liefert L, der Kondensator wird nun vom Output des 
2. NAND über den 100 kOhm Widerstand aufgeladen und entlädt sich.

Das ganze beginnt von vorne.

Ist das so richtig?

Vielen Dank für die schnelle Antwort,
Christoph

Autor: Whitespace (Gast)
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Im wesentlichen wird der Kondensator über den 100k Widerstand entladen, 
daher ändert er auch die Frequenz.

Die Funktion is folgendermaßen:
Angenommen, der Ausgang ist auf L. Dann wird dieses L über den 
Kondensator und den 1M Widerstand an das linke Nand angekoppelt. 
(Mitkopplung.) Dessen Ausgang ist H und lädt den Kondensator.

Erreich der Kondensator die Umschaltschwelle, sagen wir bei 1/2 Vcc, so 
sinkt der Ausgang etwas und die Ausgangsspannung der rechten Nands wird 
irgendwann dadurch etwas ansteigen.
Man muss bei solchen Schaltungen immer beachten, dass die Gatter einen 
"linearen" Bereich haben in dem sie wie ein invertierender Verstärker 
arbeiten.
Die Steigende Ausgangsspannung wird über den 100k R und C wieder an den 
Eingang des 1. Nands gegeben und die Mitkopplung sorgt dafür, dass das 
ganze schnell kippt und H am Ausgang entsteht.

Jetzt kommts: Der Kondensator war vor dem Kippen aber auf etwa 1/2 Vcc 
aufgeladen, sodass der eine Kondensatoranschluss jetzt auf 3/2 Vcc, also 
Über der Betriebsspannung liegt und sich von dort anfängt zu entladen.

Das ist der Grund, warum der 1M Widerstand da ist, denn über die 
Eingangsschutzdioden würde sich sonst der Kondensator sofort auf Vcc 
entladen.

Für die Andere Halbperiode funktioniert das genauso, hier erreicht die 
Rückgekoppelte Spannung ca. -1/2 Vcc.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

weil echte TTL-Gatter (74xx-Serie, keine 74HC(T), das sind CMOS) einen 
1M Widerstand am Eingang als offenen Eingang ansehen würden und immer 
auf H erkennen würden..

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Christoph (Gast)
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>Das ist der Grund, warum der 1M Widerstand da ist, denn über die
>Eingangsschutzdioden würde sich sonst der Kondensator sofort auf Vcc
>entladen.

Ich habe jetzt den 1 M Widerstand mal entfernt, es läuft aber trotzdem
immer noch alles so wie vorher.

Autor: Christoph (Gast)
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Habt ihr denn vielleicht eine Linkempfehlung wo solche Grundlagen
durchbesprochen werden? Oder gibts ein Buch, dass man unbedingt lesen
sollte?

mfg,
Christoph

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

je nach konkreter IC-Technologie gut möglich.

Es ist zwar nicht so unüblich, Logik-Gatter als Oszillator zu 
mißbrauchen, eigentlich ist es aber nicht die normale Betriebsart. Ob 
das also zu wichtigen Grundlagen zählt, kann ich nicht einschätzen. ;)

Üblicherweise werden die Gatter ja für logische Verknüfungen gebaut und 
benutzt, dazu findet man ja genug auch im Netz.
Zu den verschiedenen Technologien eigentlich auch. RTL, DTL, TTL, 
L-/S-/F-TTL, PMOS, NMOS, CMOS, dazu dann HC(T),AC(T) und was es noch gab 
und gibt. Was man davon wirklich wissen muß, hängt wohl stark vom 
Vorhaben und dem Interesse ab.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Christoph (Gast)
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>Es ist zwar nicht so unüblich, Logik-Gatter als Oszillator zu
>mißbrauchen, eigentlich ist es aber nicht die normale Betriebsart. Ob
>das also zu wichtigen Grundlagen zählt, kann ich nicht einschätzen. ;)

;-) das war mir bewusst. Mit "wichtigen Grundlagen" meinte ich 
eigentlich
die Erklärung wie sich der Kondensator verhält und generell die 
Fähigkeit
eine Schaltung mehr oder weniger zu verstehen. Hast du da vielleicht
Empfehlungen (Links und/oder Bücher)?

vielen Dank,
Christoph

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

meine Einsteigerzeit lag lange vor dem Internet und die Bücher sind 
vermutlich auch andere geworden. ;)

Was mir auch hier im Forum oft auffällt: man kennt die sogenannten 
Grundlagen und wendet sie dann nicht an.
Nimm Dir eine nicht zu komplexe Schaltung und versuche sie auf das 
wesentliche zu reduzieren. Wenn Du weißt, wie ein Transistor 
funktioniert, dann ist klar, daß er irgendwoher seine Kollektorspannung 
bekommen muß. Soll irgendein Kollektorstrom fließen, muß ein Basisstrom 
fließen. Dazu muß es eine passende Spannung zwischen Basis und Emitter 
geben, sonst fließ nichts.

Alles simpler Stromkreis, Ohmsches Gesetz usw.
Einfach einen Zustand der Schaltung annehmen und prüfen, ob das Sinn 
ergibt.
Geht bei Deinem Oszillator auch nicht anders, man muß einen Zustand 
beschließen, von dem man den Kram aufdröselt.
Wenn das nicht zu passen scheint eben fragen...

Wenn die statischen Verhältnisse klar sind, über die Wirkung von 
Veränderungen nachdenken.

Da es heute so einfach ist, wird wohl mehr übernommen ohne zu verstehen 
als früher (habe ich das Gefühl, kann falsch sein), es wird simuliert 
und probiert statt überlegt.
Andereseits wird gerechnet und simuliert und gefragt, wo Teile für 50 
Cent aus der Kiste und ein Steckbrett in 5 Minuten die Antwort ergeben 
würden.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Christoph (Gast)
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>Da es heute so einfach ist, wird wohl mehr übernommen ohne zu verstehen
>als früher (habe ich das Gefühl, kann falsch sein), es wird simuliert
>und probiert statt überlegt.

Dieses Gefühl, dass ich eigentlich nicht genau verstanden habe, warum 
der
NAND Oszillator tut was er tut, hat mich auch nicht in Ruhe gelassen und
in das Mikrocontroller-Forum getrieben ;-)

>... man muß einen Zustand beschließen, von dem man den Kram aufdröselt.
>Wenn das nicht zu passen scheint eben fragen...

>Wenn die statischen Verhältnisse klar sind, über die Wirkung von
>Veränderungen nachdenken.

Ja, da werd ich halt einfach üben, üben, üben müssen und hin und wieder
mal eine Frage stellen. :-)

vielen Dank,
Christoph

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