Schwingungserzeugung mit NAND-Gattern
Normalerweise wird darauf geachtet, daß eine Digitalschaltung nicht ins Schwingen gerät. Braucht man jedoch einen Takt, beispielsweise für einen Zähler, ist es genau umgekehrt. Astabile Schaltungen werden gezielt eingesetzt, um Schwingungen zu erzeugen.
Das kann man recht einfach erreichen, wenn man den Ausgang eines Inverters mit seinem Eingang verbindet. Die Schwingungsfrequenz hängt dann allein von der Laufzeit des Gatters ab.
Eine etwas komfortablere Schaltung ist diese:
Das Ausgangssignal ist allerdings unsymmetrisch. Bei taktflankengesteuerten Schaltungen stört das aber nicht.
Mit R = 3,3 k und C = 150 nF ergibt sich eine Frequenz von ca. 900 Hz (gemessen).
Mit R = 3,3 k und C = 100 uF ergibt sich eine Frequenz von ca. 1 Hz (geschätzt).
Es gilt näherungsweise: T = 2 * R * C - wobei die Frequenz f = 1 / T ist.
Beispiel: T = 2 * 3300 V/A * 0,000 000 15 As/V = 0,000 66 s -> f = 1515 Hz (gemessen 900 Hz)
Schaltungsvorschlag für das Steckbrett:
Die LED mit Vorwiderstand ermöglicht die optische Kontrolle des Taktes. Das funktioniert bis ca. 10 Hz. Bei schnelleren Schwingungen funktioniert das nicht mehr, da unser Auge zu träge ist.
Die Kondensatoren im Zweig der Spannungsversorgung sind wichtig: Der 100-uF-Kondensator reduziert den Innenwiderstand der Spannungsquelle und fängt Stromspitzen ab. Der 100-nF-Kondensator unterdrückt hochfrequente Störungen, die durch steile Schaltflanken der Gatter entstehen können.
Siehe auch Stützkondensator bei Wikipedia
Schaltungs-Quellen: http://www.netzmafia.de/skripten/digitaltechnik/astabil.html
Kippschwinger mit Schmitt-Trigger
Einfacher und besser geht es mit dem CMOS-Schalkreis V40106. Dieser vereint auf einem Chip sechs Schmitt-Trigger. Siehe auch Schmitt-Trigger bei Wikipedia
Der Schmitt-Triger besitzt eine Kennlinie mit Hysterese. Das bedeutet, dass es zwei unterschiedliche Schaltschwellen gibt - eine bei steigender Eingangsspannung und eine bei sinkender Eingangsspannung.
Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Schmitt-Triggers
Bildquelle: www.elektronik-kompendium.de
Bauteile bzw. Schaltungen mit Hysterese können grundsätzlich für eine Schwingungserzeugung eingesetzt werden.
CMOS-Schaltkreis 40106 als Taktgeber für ca. 1 bis 30 Hz
Die Eingänge aller nicht benutzten Schmitt-Trigger müssen auf Masse (also den Minuspol) der Batterie gelegt werden. Ansonsten könnten die unbenutzten Schmitt-Trigger wild zu schwingen beginnen.
Bei CMOS-Schalkreisen ist Vorsicht geboten. Sie sind sehr empfindlich gegen statische Aufladungen. Wer z.B. einen entsprechenden Pullover trägt kann schnell erleben, wie die Schaltkreise sterben...
Siehe auch Kippschwinger bzw. Negistor:
http://www.vk2zay.net/article/157
http://www.keelynet.com/zpe/negistor.htm
http://moosapotamus.net/trinegistor.html
http://jlnlabs.online.fr/cnr/negosc.htm
https://de.wikipedia.org/wiki/Kippschwinger
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