Frequenz astabile Kippstufe (Transistorlösung)

[Philipp R. (Gast)]

Hallo zusammen,

ich möchte mithilfe einer händisch aufgebauten astabilen Kippstufe eine 
IR-LED mit der Frequenz von 30 kHz leuchten lassen. Experimentell bin 
ich bereits auf diese Halbleiterwerte gekommen, um bei einer Spannung 
von 9V an die 29kHz ranzukommen.

Die Berechnung der Frequenz mittels f=1/log(2)*R*C kommt mit den 
verwendeten Bauteilen auf einen Wert um die 22 kHz. Dies würde auch in 
der Praxis zutreffen, wenn die LED+Vorwidestand durch einen 1k 
Widerstand ersetzt werden würde.

Also liegt wohl aufgrund der verschiedenen Kollektorwidestände eine 
Frequenzsteigerung vor. Interessehalber treibt mich aber die Frage um, 
wie genau und warum diese Kollektorwidestände die Frequenz beeinflussen. 
Da beim Senken der Werte ebenjener Widestände genauso eine 
Frequenzabsenkung wie auch -erhöhung möglich scheint. Kann man diesen 
Zusammenhang auch rechnerisch belegen?

(Ja, ich kenne den NE555 und auch die Möglichkeit anstatt die LED direkt 
in den Kippstufenkreis zu integrieren sie mittels eines Treiberstroms 
anzusteuern. Interessiere mich aber genau für den beschriebenen 
Sachverhalt.)

Herzlichen Dank schon jetzt für gute Anregungen!

[Michael R. (mexman)]

Philipp R. schrieb:
> Hallo zusammen,
..
> Frequenzabsenkung wie auch -erhöhung möglich scheint. Kann man diesen
> Zusammenhang auch rechnerisch belegen?


Man kann...aber wer will das schon......
Der Kollektorwiderstand bestimmt natuerlich die Zeiten des Umladens des 
Kondensators wenn der jeweilige Transistor abschaltet!

Deshalb ist das natuerlich etwas anderes einen R oder R+LED in die 
Kollektorleitung zu bauen.

Die Kondensatoren haben sowieso grosse Toleranzen.... also bau einfach 
ein Trimmpoti ein und stelle die Frequenz so ein, wie Du sie brauchst.


Gruss

Michael

[Jonas F. (wuschelkuchen)]

Hallo!

Die Formel
> f=1/log(2)*R*C
gilt wohl nur, wenn die beiden Transistoren sättigen können, die 
Spannung im leitenden Zustand also praktisch 0V ist und die negative 
Vorspannung der Basis des jeweils gegenüberliegenden Transistors 
maximal. Bei deiner Schaltung sind die Basiswiderstände zu hoch, als 
dass genügend Basisstrom fließen könnte, um den Transistor (besonders 
Q2) in Sättigung zu treiben. Q2 arbeitet daher im linearen Bereich und 
die Kollektorspannung ist über 0V. Dadurch ist die negative Vorspannung, 
die über C2 auf die Basis von Q1 übertragen wird, natürlich geringer. 
Die Zeit, bis sich C2 soweit umgeladen hat, bis ca. 0,7V an der Basis 
von Q1 erreicht sind, ist also auch geringer. Dadurch ist die Frequenz 
höher. Werden R4 und D1 durch einen 1kΩ-Widerstand ersetzt, ist die 
Spannung am Kollektor von Q2 in dessen leitenden Zustand viel geringer. 
Die Frequenz ist also niedriger.

Mein Vorschlag wäre, R2 und R3 niederohmiger auszulegen und dafür die 
Kapazitäten zu erhöhen. Dann stimmt auch die Formel, weil beide 
Transistoren wirklich sättigen können.

[Helmut L. (helmi1)]

Die verwendete Formel stimmt nur solange die BE Strecke nicht in 
Sperrrichtung leiten wird. Das wird sie aber wenn die Betriebsspannung 
grösser als ca. 8V wird. An der Basis siehst du nämlich negative 
Spannungsspitzen die deine BE Strecke in den Durchbruch bringen. Deshalb 
bringt man dort Schutzdioden an die diese negative Spannung von der 
Basis fernhält.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Wenn man bei der Schaltung nur den Kollektorstrom auf einer Seite 
erhöht, reicht der Basisstrom nicht mehr aus, den Transistor richtig 
durchzuschalten:

Im ersten Moment, nachdem Q1 sperrt, wird Q2 über den Weg R1 - C3 noch 
kräftig angesteuert. Ist C3 aber geladen, reduziert sich der Basistrom 
auf den Wert durch R3, der Transistor geht aus der Sättigung und 
verkürzt die Zeit, bis Q1 wieder durchschaltet.
Folge: das Zeitverhalten der Schaltung wird unkontrollierbar.

Also:
- Entweder auch R3 verkleinern (und entsprechend C3 vergrößern); das 
geht aber nur in Grenzen: R3 sollte immer noch größer als R1 sein
- oder (viel besser): die LED über einen weiteren Transistor ansteuern.

Gruß Dietrich

Edit: Jonas R. hat das ja schon so ähnlich beschrieben...