Comprender las mejoras de alta velocidad para el multivibrador BJT discreto

¿Qué están haciendo exactamente los Zeners en este circuito?

He estado tratando de mejorar mi comprensión de los BJT, tratando de 'mejorar' el clásico multivibrador astable. En un esfuerzo por "afilar" las transiciones, incluí un diodo Zener entre el capacitor y la base del transistor. Mi idea era 'proteger' la base de la curva de carga del capacitor hasta que superó el umbral de ~ 0.7V. Lo que terminó sucediendo en cambio fue un aumento en la frecuencia de oscilación y un aumento en la estabilidad de la oscilación con valores de capacitancia muy pequeños.

Con el circuito multivibrador 'clásico', solo puedo llegar a unos ~ 100 kHz. Con los Zener (así como con R7, R8 y R9), veo oscilaciones estables en el rango de MHz bajo.

¿Alguien puede ayudarme a entender cómo analizar cómo están funcionando los Zeners?

[El circuito de la placa de prueba funciona de manera muy similar a la simulación en LTSPice, en este caso, alrededor de 3 MHz con tiempos de subida/bajada <10 ns]

súper multivibrador Traza de corriente Zener

Respuestas (1)

Creo que está proporcionando un camino para que se descargue la carga base almacenada. Básicamente, convertir los condensadores en "condensadores de aceleración" además de las tapas de sincronización. Podría ser bueno trazar la corriente a través de los zeners para confirmar.

  1. una tapa comienza descargada y comienza a cargar hacia VCC cuando su transitor es un interruptor abierto

  2. la base de su transistor finalmente se eleva para encenderse (gracias a r9) y cierra su interruptor.

  3. el lado del diodo de la tapa de repente se baja, lo que hace que el otro lado tenga un voltaje negativo.

  4. el zener ahora está en descomposición inversa y extrae la base negativa adjunta, succionando toda la carga base para un apagado rápido.

  5. Repetir

La siguiente pregunta podría ser, "¿tiene que ser un zener?" Sigo oscilando de un lado a otro en cuanto a si un diodo normal haría lo mismo. Como no usa la parte de descomposición inversa del diodo zener, tal vez no necesite ser un diodo zener. Trazar la corriente a través de él ayudará a ilustrar eso.

EDIT ja! Originalmente escribí que tenía que ser un zener, y mientras editaba mi respuesta para decir que no tenía que serlo, fuiste y demostraste que se vuelve más rápido con zeners de menor voltaje. Ok, ¡todavía hay algo en lo que pensar!

Creo que estás en algo... aunque SÍ tiene que ser un zener. La conducción en ambas direcciones parece ser importante (al menos, para frecuencias altas. No lo probé con valores RC para <1MHz)... Agregué una captura de pantalla del sim con I(D2), y hace cosas en cada dirección en diferentes puntos del ciclo. Las trazas para ambos zeners son idénticas en todo menos en la fase.
Tiene razón: los valores más bajos parecen ser mejores, hasta cierto punto. 3v3 y 3v6 funcionan mejor que 5v1 en el protoboard. (los únicos valores que tengo a mano) Los valores más altos aumentan la frecuencia de oscilación, pero también hacen que sea más probable que el circuito no se inicie.
Gracias por trazar la corriente: es posible que el exceso de corriente de la descarga del condensador también esté pasando por el zener del otro transistor. Eso acelera la velocidad de descarga del condensador, aumentando también la frecuencia. Cuanto más bajo sea el voltaje zener, más carga total fluirá a través de él, por lo que un voltaje más bajo sería más rápido.
también re: su punto 2: r9 es opcional: el circuito funciona sin él. Descubrí el efecto cuando noté que la frecuencia aumentaba cuando mi dedo tocaba los ánodos de los zeners.
Impresionante, eso "prueba" que los zeners también controlan el tiempo. Cuando un transistor está "apagado", la corriente de la base es cero, el voltaje de la base es bajo (o negativo, según cómo la tapa "sacudió" toda la carga de la base). Luego, VCC carga el zener con polarización inversa (como si fuera un capacitor pequeño), y el capacitor se carga nuevamente (cuando era negativo). Eventualmente, el voltaje combinado vuelve a encender el transistor, lo que hace que el otro capacitor apague el otro transistor. Si R9 no estaba haciendo nada, entonces los zeners + caps controlaban el tiempo.
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