Układ dwóch diod migających naprzemiennie

[Juhas]

Cześć, zmagań z tranzystorami - ciąg dalszy. Na podstawie doświadczeń i rzeczy w necie, skonstruowałem sobie coś na zasadzie przerzutnika bistabilnego, ale takiego, że dwie diody migają naprzemiennie bez ingerencji z zewnątrz. Mój schemat wygląda tak:

Z symulacji wynikało, że kondensatory 100nF powodują dość szybkie przełączanie, więc użyłem większych. A, że w zestawie nie ma większych ceramicznych, to podłączyłem elektrolity. Ze wcześniejszych testów pamiętałem jednak, że tam, gdzie są te elektrolity występuje zmienne napięcie (przynajmniej na symulacji), więc włożyłem diodę prostowniczą - po jednej dla każdego elektrolita. W każdym razie problem jest taki: Na symulacji w Yenka w miarę mi to działa. W miarę, tzn. diody się przełączają, ale w dość nierównym tempie, tak bardzo "skokowo". Uznałem to za problem w programie, więc stworzyłem taki układ na płytce stykowej. Niestety efektem działania jest to, że po podłączeniu jedna dioda świeci mocno, druga trochę (efekt taki, jaki jest w kursie przy przerzutniku). I to tyle. I teraz moje pytanie, czy schemat jest prawidłowy, czy źle może podłączyłem płytkę. Poniżej prezentuję sposób podłączenia:

Mam nadzieję, że wszystko jest jasne. Rezystor R4 jest ułożony po skosie. Ma 1kOhm.

A, przy kondensatorach ceramicznych efekt jest ten sam.

[sosnus]

Te diody przy kondensatorach są Ci niepotrzebne.

W tym momencie jeżeli chodzi o kondensatory, to powinieneś wiedzieć przede wszystkim 2 rzeczy:

1. Kondensatory elektrolityczne i ceramiczne różnią się budową

2. Kondensatory elektrolityczne należy podłączać do prądu zgodnie z polaryzacją, w innym przypadku najprawdopodobniej się uszkodzą. Kondensatory ceramiczne nie mają polaryzacji, działają w obie strony tak samo

[Juhas]

1. Kondensatory elektrolityczne i ceramiczne różnią się budową

2. Kondensatory elektrolityczne należy podłączać do prądu zgodnie z polaryzacją, w innym przypadku najprawdopodobniej się uszkodzą. Kondensatory ceramiczne nie mają polaryzacji, działają w obie strony tak samo

Wiem o tym. Stąd te diody. W pewnym momentach (przejścia) na bazach pojawiają się ujemne napięcia. Więc zmienia się polaryzacja. Dlatego te diody, żeby w tych momentach się kondensatory nie uszkodziły. Przy ceramicznych diod oczywiście nie miałem.

[Mechano]

A jakbyś połączył dwa kondensatory ceramiczne równolegle to dostałbyś dwa razy mniejszą częstotliwość. Swoją drogą chyba już kiedyś widziałem elektrolity w multiwibratorze... Poszukam.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Sabre]

Juhas, ten układ powinien być wykonany trochę inaczej. Jeszcze w podstawówce składałem taki migacz i działał bez problemu. Tutaj masz schemat z wyjaśnieniem.

[marek1707]

"Wiem o tym. Stąd te diody. W pewnym momentach (przejścia) na bazach pojawiają się ujemne napięcia. Więc zmienia się polaryzacja. Dlatego te diody, żeby w tych momentach się kondensatory nie uszkodziły. Przy ceramicznych diod oczywiście nie miałem. "

Całe to Twoje pisanie to jedna bzdura. Rozumiem, jesteś początkujący i próbujesz się czegoś dowiedzieć. Niestety wiedzy masz jeszcze za mało by rozsądnie analizować takie układy. Każdy wniosek który wyciągasz jest zły, a mimo to przyjmujesz go jako pewnik i przechodzisz dalej. W ten sposób niczego się nie uczysz a tylko brniesz w opary absurdu. Sosnus miał rację - żadne diody nie są tu potrzebne. Kondensatory muszą się tu ładować i rozładowywać a więc prąd musi mieć szansę płynąć w nich w obie strony. Co z tego, że na bazach pojawiają się w czasie przerzutu napięcia ujemne? Ten układ właśnie tak działa. Masz symulator - potężne narzędzie a używasz go jak młotka na muchy. Zatrzymuj się nad każdym zauważonym zjawiskiem i analizuj zamiast pleść bez sensu. Czego polaryzacja się zmienia? Przecież nie napięcia na kondensatorach - przyjrzyj się dobrze. Gdy np. prawy tranzystor zaczyna przewodzić i jego napięcie kolektora gwałtownie opada, taki sam skok napięcia widzisz na bazie tego drugiego. Ale w tak krótkim czasie ładunek na kondensatorze zmienić się nie może (tak właśnie działa kondensator) więc i napięcie na nim jest wciąż takie samo. Żadna polaryzacja napięcia na nim się nie zmieniła.

Ten układ to stary jak sama elektronika, astabilny przerzutnik Eccles-Jordana. W pierwszym lepszym dokumencie o podstawowych układach impulsowych masz opisane jak to działa, np tutaj:

http://www.fuw.edu.pl/wo/data/prac-fiz-multiwibr-asta.pdf

http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/jasiu/stud/UE/Wykl-17-genvar.pdf

Weź przeczytaj odpowiedni rozdział lub obejrzyj wykresy, powoli, może ze trzy razy za każdym razem rysując palcem po schemacie drogi ładowania i rozładowania kondensatorów oraz analizując napięcia w kilku węzłach. Inaczej będziesz błądził i wyciągał kolejne bezsensowne, "ruskie" wnioski. Szkoda na to czasu.

[Juhas]

Drugi link jednak za wcześnie dla mnie. Ale zbudowałem sobie ten multiwibrator. I teraz rodzi mi się nowe pytanie. Na symulacji po wyłączeniu przerzutnika, widać że kondensatory są naładowane (czy faktycznie tak jest w rzeczywistości?) i rozładowują się baaaaaaaardzo powoli. Chciałem to przyspieszyć, żeby rozładowały się od razu. Wpadłem na pomysł użycia do tego celu tranzystorów:

Te dwa dodatkowe tranzystory, to właśnie te mające rozładować kondensatory. Ma to działać tak:

W momencie przełączenia przełącznika na dolną pozycję (wyłączenie przerzutnika), na bazy obu tranzystorów idzie prąd, który je załącza. Następnie kondensatory są rozładowywane. I okazało się, że wszystko działa pięknie (czyli faktycznie zaczynam ogarniać tranzystory). Ale, co zwróciło moją uwagę to to, że w układzie krąży minimalny prąd - jak widać na screenie: około 770 uA. W realnym zastosowaniu to jest dość kiepskie rozwiązanie, zwłaszcza jeśli układ jest zasilany z baterii. Więc, czy można jakoś lepiej rozwiązać to rozładowanie? Czy w ogóle przejmować się, że one są naładowane?

[marek1707]

"..po wyłączeniu przerzutnika, widać że kondensatory są naładowane"

Już to nie jest w pełni prawdą, bo to zależy od fazy cyklu w której wyłączysz zasilanie więc dalszy wywód nie ma sensu. Także z tego powodu, że nie widzę potrzeby pełnego rozładowywania kondensatorów. Niby po co? Co najwyżej przy kolejnym włączeniu pierwszy cykl będzie trochę nierówny, ale przecież i tak start (nawet przy obu pojemnościach rozładowanych do zera) jest trochę losowy, bo zależy od stopnia asymetrii pozostałych elementów.

No i jeszcze ten Twój układ: wpuszczając prąd do baz tych nowych tranzystorów niczego nie zyskujesz. Nawet ich poprawnie nie włączasz a wpływający bazą prąd wypływa wszystkimi możliwymi drogami, nawet przez kolektor(!) do wiszącej w powietrzu plusowej szyny zasilania, tamtędy przez LEDy, przez kolektory do masy. To zupełnie bez sensu.

EDIT: Nie wiem jakie tam kursy przerobiłeś i co naprawdę wiesz a co tylko Ci się zdaje, ale wygląda, że porywasz się z motyką na Słońce. Moja rada: zacznij jeszcze raz, bez żadnego symulatora (ew. z tym pracującym we własnym mózgu) od najprostszych, ale już praktycznych rzeczy np:

Inwerter npn: podłącz emiter tranzystora npn o wzmocnieniu powiedzmy β=100 do masy, w kolektorze daj opornik 1k i podłącz go do 5V, w bazie opornik 22k i podłącz go do wyjścia procesora zapodającego na zmianę 0.1V i 4.8V - to typowe. Oszacuj/policz napięcie Uc i prąd Ic w obu przypadkach a następnie zmniejsz obciążenie (czyli opornik w kolektorze) do 100Ω i znów to samo. Zastanów się co się stało i co możesz zrobić by tranzystor znów dobrze (w pełni) sterował nowym obciążeniem. Potem zwiększ zasilanie opornika kolektorowego do +12V i znów przelicz oba przypadki plus zmodyfikuj układ (wartość jednego opornika) tak by tranzystor znów sobie radził w nowych warunkach. Za każdym razem możesz policzyć moc start w tranzystorze i porównać ją z dopuszczalnymi mocami typowych obudów np. SOT23 i TO220 - nzxjadź je w danych katalogowych jakichś prawdziwych tranzystorów.

Jak się z tym uporasz i będziesz miał ochotę na więcej, wymyślę coś ciekawszego 🙂

[OnlyP]

Nie rozumiem chłopak co chcesz osiągnąć? Chcesz, aby diody przełączały się szybciej/wolniej, czy co? Po schematach, które publikujesz widać, że brakuję Ci podstawowych wiadomości na tematy z którymi się spotykasz. Proponuję najpierw pobawić się jednym kondensatorem i zobaczyć np. podłączając diodę czy miernik, jak szybko się rozładowuje, później zmienić przy nim rezystor, później pojemność poeksperymentować z różnymi wartościami i zauważysz jaka jest zależność czasu rozładowywania kondensatora od jego pojemności czy oporu przy nim. A najlepszym pomysłem byłoby przeczytanie jakiejś książki na temat elektroniki. Osobiście polecam Elektronika. Od praktyki do teorii. są tam bardzo fajnie wyjaśnione podstawowe prawa jakimi rządzi się elektronika. Podobno dobrą książką jest również(sam jej nie czytałem) Elektronika dla bystrzaków. Z doświadczenia wiem, że wieczór z książką, płytką prototypową i kilkoma elementami daje więcej niż tydzień czytania forów, czy swojej próby interpretacji bez oparcia w teorii.

[Juhas]

No i jeszcze ten Twój układ: wpuszczając prąd do baz tych nowych tranzystorów niczego nie zyskujesz. Nawet ich poprawnie nie włączasz a wpływający bazą prąd wypływa wszystkimi możliwymi drogami, nawet przez kolektor(!) do wiszącej w powietrzu plusowej szyny zasilania, tamtędy przez LEDy, przez kolektory do masy. To zupełnie bez sensu.

Nie zgodzę się. Przyjrzyj się schematowi. Bazy tych tranzystorów nie są połączone z kolektorami tych tranzystorów pod nimi. Nie mają połączenia z LEDami. A w momencie załączenia ich baz, na plusowej szynie nie ma napięcia, bo jest odłączona od plusa. Dopiero "załącza" ją tranzystor. Proszę, przyjrzyj się i powiedz, czy tak faktycznie nie jest.

Nie wiem jakie tam kursy przerobiłeś i co naprawdę wiesz a co tylko Ci się zdaje, ale wygląda, że porywasz się z motyką na Słońce. Moja rada: zacznij jeszcze raz, bez żadnego symulatora (ew. z tym pracującym we własnym mózgu) od najprostszych, ale już praktycznych rzeczy np:

Na razie jestem po pierwszej części kursu tutaj. Niestety nie mam żadnego takiego procesora, ani zasilacza laboratoryjnego. Póki co lecę na baterii 9V 🙁 Ale z chęcią wykonam jakieś ćwiczenia z elementami, które posiadam (rezystory, tranzystory, kondensatory, diody prostownicze, ledy, dławiki)

[marek1707]

"Bazy tych tranzystorów nie są połączone z kolektorami tych tranzystorów pod nimi"

Ależ oczywiście, że są. Prąd wpływa do bazy "nowego" tranzystora, wypływa do góry przez jego kolektor (złącze B-C to też dioda) do niesterowanej z baterii szyny plusowego zasilania a potem przez LED, opornik i do kolektora dolnego tranzystora. Masz niezasilany układ do którego wstrzykujesz w przypadkowym miejscu prąd. To nigdy nie będzie działało tak jak sobie to naiwnie wyobrażasz. I naprawdę skończmy już ten temat, to do niczego nie prowadzi, szkoda mi czasu.

"Niestety nie mam żadnego takiego procesora, ani zasilacza laboratoryjnego"

Znów nie zrozumiałeś. Masz to ćwiczenie zrobić w myślach. Żadnego symulatora, ew. kalkulator + własny mózg. Byłoby głupotą kazać Ci robić te wszystkie połączenia i jeszcze zmieniać oporniki, a eksperymenty myślowe to potężne narzędzie. Starałem się wymyślić w miarę realne warunki, jakie za chwilę spotkasz w realnym życiu. Usiądź więc wygodnie, narysuj to sobie na kartce (możesz wrzucić tu schemat - będzie wiadomo czy analizujesz poprawny układ) i zacznij myśleć. Niczego więcej nie wymagam. Nie ma się co oszukiwać: jesteś za cienki na analizę bardziej skomplikowanych układów a nikt nie będzie tu robił szkółki niedzielnej w każdym Twoim wątku. Nie traktuj tego jak obelgę czy złośliwość - każdy kiedyś zaczynał. Ja sam dzisiaj też nie umiem policzyć turbiny parogazowej do napędu torpedy. Na swoim poziomie wiedzy możesz co najwyżej budować układy kopiując gotowe schematy i ew. bawić się przez zmiany wartości elementów, ale tylko wtedy gdy wcześniej będziesz wiedział co te zmiany przyniosą. Inaczej jest to głupia zabawa przedszkolaka we wtykanie kija w mrowisko. I dlatego musisz wrócić do prostych układów - by dobrze zrozumieć podstawy i nabyć biegłości w czytaniu schematów i intuicyjnej, zgrubnej ale szybkiej ich symulacji w głowie.

Ten przedszkolak z kijem też niczego swoją metodą nie dowie się o mrówkach, organizacji mrowiska i zasadach życia w takiej społeczności. Musi trochę podrosnąć i zacząć czytać a wtedy szybko zauważy, że o mrówkach wiemy już bardzo dużo, ale to wciąż kropla w morzu. Jeśli będzie wytrwały znajdzie sobie nawet temat pracy magisterskiej a może i naukowej (w ostatnim Świecie Nauki był fajny artykuł - polecam). Ty już chyba(?) dorosłeś więc pora na bardziej poważne metody zdobywania wiedzy niż wyprawa do lasu z kijem, nieprawdaż?

[Juhas]

Masz niezasilany układ do którego wstrzykujesz w przypadkowym miejscu prąd.

Teraz widzę. Myślałem, że to będzie sposób na rozładowanie kondensatorów. Ale już wiem, że to niepotrzebne.

Znów nie zrozumiałeś. Masz to ćwiczenie zrobić w myślach. Żadnego symulatora, ew. kalkulator + własny mózg.

OK, zrobiłem. Na razie tylko 4 przypadki, żeby sprawdzić, czy i jak to rozumiem.

Schemat wygląda tak:

I teraz tak:

Przypadek 1: Procesor daje napięcie 0,1V.

Żeby policzyć prąd na kolektorze, muszę policzyć prąd na bazie. Prosta sprawa: I = U/R.

Wychodzi: 4,5uA. Beta tranzystora to 100, a więc na kolektorze będzie 450uA.

Żeby policzyć napięcie na kolektorze, trzeba obliczyć spadek napięcia na rezystorze R1:

U = I * R = 450uA * 1kOhm (jednostki nieujednolicone), co daje 0.45V, a więc napięcie na kolektorze wynosi 5 - 0,45 = 4,55V.

Przypadek 2: Procesor daje napięcie 4,8V.

Idąc takim samym tokiem rozumowania, na kolektorze powinien pojawić się prąd około 22mA, ale rezystor R1 ogranicza ten prąd to 5mA. I taki właśnie popłynie w kolektorze. Napięcie na kolektorze wyniesie 0V (w rzeczywistości pewnie będzie rzędu kilku mili albo mikro voltów). Tranzystor jest w stanie nasycenia.

Przypadek 3: Obciążenie tranzystora (R1) ma teraz 100 Ohm. Procesor daje napięcie 0,1V.

Prąd na kolektorze będzie 450uA, a napięcie około 4,96V.

Przypadek 4: R1 ma cały czas 100 Ohm, ale procesor daje napięcie 4,8V. Prąd na kolektorze to 22mA, a napięcie 2,8V, co oznacza, że tranzystor jest częściowo otwarty. Żeby tranzystor pracował w nasyceniu, na kolektorze powinien pojawić się prąd I = U/R1, czyli 5/100, co daje 50mA. Aby taki prąd pojawił się na kolektorze, to na bazie musi pojawić się prąd 500uA (100 razy mniejszy). Aby taki prąd pojawił się na bazie, trzeba wstawić tam rezystor 9,6kOhm zamiast 22kOhm, bo:

R = 4.8 / 0,0005A, co daje właśnie 9600.

Czy to się zgadza?

Nie traktuj tego jak obelgę czy złośliwość - każdy kiedyś zaczynał. Ja sam dzisiaj też nie umiem policzyć turbiny parogazowej do napędu torpedy.

Ja się cieszyłem, jak obliczyłem poprawnie rezystor do LEDa 😉

Na swoim poziomie wiedzy możesz co najwyżej budować układy kopiując gotowe schematy i ew. bawić się przez zmiany wartości elementów, ale tylko wtedy gdy wcześniej będziesz wiedział co te zmiany przyniosą.

No właśnie to jest trochę mój problem. Jako, że jestem programistą, chciałbym tworzyć własne schematy. Ale może faktycznie nie tędy droga.

[marek1707]

OK, dobrze myślisz i jest nieźle. W powyższych obliczeniach zapomniałeś jednak o bardzo ważnej rzeczy: złącze BE tranzystora bipolarnego jest diodą. W danych katalogowych tranzystorów zwykle nie ma rysunku ch-ki wejściowej, bo ważniejsze są inne parametry zależne od już jakoś płynącego prądu bazy więc może to uciec. Na pewno też wiesz, że takie złącze p-n nie jest elementem liniowym a jego charakterystyka I=f(U) wygląda mniej więcej tak:

Szczerze mówiąc musiałem trochę poszukać wykresu obejmującego tak duży zakres prądów. Zwykle mamy rysunek w skalach liniowych i wtedy poniżej 0.3-0.4V wykres pokrywa się z osią poziomą i wychodzi, że prąd nie płynie. W każdym razie napięcie Vf diody BE jest istotne do obliczania prądu bazy sterowanej w taki prymitywny sposób (przez opornik z niewielkiego napięcia).

Wracając do Twoich obliczeń: z wykresu wynika, że aby popłynęło cokolwiek zauważalnego (choćby 1uA?), na diodzie wejściowej tranzystora musi odłożyć się dość pokaźne napięcie. Ponieważ prąd ten rośnie potem bardzo szybko, to w prostych obliczeniach można przyjąć, że niezależnie od jego wartości spadek napięcia na diodzie wynosi 0.5-0.7V. Tak więc npn sterowany z napięcia 4.8V przez opornik 22k dostanie prąd bazy w okolicach (4.8-0.6)/22k= 190uA a gdy napięcie na wyjściu procesora spadnie do 0.1V, prąd spadnie praktycznie do 0uA.

Jeżeli jesteś ciekaw jak się zachowuje tranzystor bipolarny w nasyceniu, nie musisz zgadywać "rzędu kilku mili albo mikro voltów". Wystarczy zajrzeć do danych katalogowych jakiegoś typowego, np. tu masz małego BC817:

http://www.tme.eu/pl/Document/72b47f58676540bb45ba84c364df9588/BC817-16LT1G.PDF

Na Fig.2 masz napięcie nasycenia Uce-sat w zależności od prądu kolektora. W najlepszym wypadku jest to 20mV ale zauważ, że mierzono to warunkach naprawdę głębokiego nasycenia - prąd Ib był tylko 10x mniejszy niż Ic. Dla większych prądów kolektora dostaniesz nie mniej jak 0.1V.

Inny ciekawy wykres to fig. 5 - tu z kolei widać, że wejście w nasycenie nie jest skokowe. Zwiększając prąd bazy (dla danego prądu kolektora) napięcie Uce spada najpierw szybko, ale potem coraz wolniej co oznacza, że wymuszanie głębokiego nasycenia (i uzyskanie małych strat mocy na małym Uce-sat) kosztuje nieproporcjonalnie dużo prądu bazy.

Podsumowując:

1. Gdy płynie jakiś sensowny prąd bazy można założyć, że napięcie Ube wynosi 05-0.7V.

2. Poniżej tego napięcia prąd bazy praktycznie nie płynie.

3. Dopóki nie robisz czegoś ekstremalnego, przyjęcie Uce-sat na poziomie 100mV jest dobrym założeniem.

4. Im chcemy głębszego nasycenia (mniejszego Uce-sat) tym więcej kosztuje to prądu bazy. Jeżeli do tego dodamy jeszcze zjawisko zmniejszania się wzmocnienia dla większych prądów kolektora, to w zasadzie powinniśmy przyjmować margines 10-krotnego przesterowania tranzystora (względem prądu Ib wychodzącego z przyjętego wzmocnienia) żeby mieć pewność, że z nasycenia nie wyjdzie i nie spali się od ciepła P=Uce*Ic.

Policz jeszcze raz wszystkie przypadki i dawaj jakieś wnioski.