Tieffrequenter astabiler Multivibrator-Audio-Oszillator mit diskreten Transistoren bauen

Bauteile & Materialien

• Zwei 6-Volt-Batterien
• Drei NPN-Transistoren (2N2222 oder 2N3403 empfohlen; Radio Shack #276-1617 enthält praktisches 15er-Pack)
• Zwei 0,1-µF-Kondensatoren (Radio Shack #272-135 oder gleichwertig)
• Ein 1-MΩ-Widerstand
• Zwei 100-kΩ-Widerstände
• Ein 1-kΩ-Widerstand
• Verschiedene Widerstandspaare unter 100 kΩ (z. B. zwei 10 kΩ, zwei 5 kΩ, zwei 1 kΩ)
• Eine LED (Radio Shack #276-026 oder gleichwertig)
• Audio-Detektor mit Kopfhörern

Querverweise Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 4: „Bipolar Junction Transistors“; Bd. 4, Kap. 10: „Multivibrators“

Lernziele

• Einen astabilen Multivibrator mit diskreten Transistoren aufbauen und dessen frequenzbestimmende Parameter verstehen

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Die betreffende Schaltung ist ein astabiler Multivibrator, ein freilaufender Oszillator, dessen Timing durch die Werte der Widerstände, Kondensatoren und der Versorgungsspannung festgelegt wird. Zwar ist die Ausgangswellenform weder ein reiner Sinus noch ein perfektes Rechteck, doch die Verzerrung ist für die Erzeugung eines hörbaren Tons vernachlässigbar.

Mit 12-V-Versorgung, 100-kΩ-Widerständen und 0,1-µF-Kondensatoren erzeugt der Oszillator eine tiefe Audiofrequenz, die über einen Audio-Detektor hörbar ist. Für beste Ergebnisse verbinden Sie eine Messleitung mit Masse und die andere mit dem Kollektor eines der Schalttransistoren.

Setzen Sie einen 1-MΩ-Reihenwiderstand vor den Audio-Detektor, um die Belastung des Multivibrators zu verringern und die Kopfhörerlautstärke angenehm zu halten:

Der Kern des Multivibrators besteht aus zwei Transistoren, zwei Widerständen und zwei gekreuzten Kondensatoren. Der dritte Transistor im Schaltplan treibt eine LED an, die die Oszillation visuell bestätigt.

Nutzen Sie eine Messspitze an der Basis des Common-Emitter-Verstärkers, um Spannungsschwankungen an verschiedenen Knoten zu beobachten. Mit der Spitze am Kollektor eines Schalttransistors sehen Sie die LED im Oszillatorfrequenz-Takt blinken. Sondieren Sie die Basis eines Schalttransistors, leuchtet die LED nicht, da die Basisspannung (≈0,7 V) unter der Vorwärtsspannung der LED liegt, obwohl der Audio-Detektor das niederpegelige Signal noch erfasst.

Experimentieren Sie mit niedrigeren Widerstandswerten anstelle des 100-kΩ-Paars und beobachten Sie die resultierende Frequenzverschiebung. Typischerweise werden Widerstände von mindestens 1 kΩ verwendet, um Transistorströme in sicheren Grenzen zu halten.

Viele Oszillatoren benötigen eine Mindestversorgungsspannung; ist die Spannung zu niedrig, startet der Kreis nicht. Verringern Sie die Versorgungsspannung schrittweise, um die Oszillationsschwelle zu bestimmen und notieren Sie, wie sich die Frequenz mit der Spannung ändert.

Der Oszillationsstart kann empfindlich auf Bauteilstreuungen reagieren. Ein Transistor muss vor dem anderen einschalten, um den Zyklus zu initiieren. Falls der Kreis beim Einschalten „einfriert“, tauschen Sie Bauteile gleichen Werts aus, um frische Toleranzen einzuführen und die Aktivität wiederherzustellen.

ZUGEHÖRIGES ARBEITSBLATT

• Oscillator Circuits Worksheet