¿Entendiendo un oscilador de 2 transistores?

Hice una pregunta aquí sobre por qué estaba recibiendo una onda de diente de sierra de un oscilador de dos transistores. Si bien se responde esa pregunta, no entiendo cómo el circuito produce oscilación en primer lugar.

Diagrama de circuito:

Oscilador

Este es el circuito que he construido.

Para ayudar al lector a identificar los errores en mi razonamiento, lo siguiente es exactamente lo que creo que sucede .

1) El transistor aleatorio se enciende primero (llámelo T1). Debido a que ahora hay un camino a tierra para C1, C1 comienza a cargarse con su placa derecha positiva y su placa izquierda negativa a través de R2.
2) La placa derecha de C1 alcanza un umbral donde se enciende T2. Encender T2 da un camino a tierra a C2, causando que C2 se cargue a través de R3 con un voltaje positivo en su placa izquierda y un voltaje negativo en su izquierda.
3) El aumento en el voltaje negativo a la izquierda de C2 hace que T1 se apague. T2 no puede permanecer porque no hay camino a tierra para C1.
4) Todo se detiene.

Pensando (1) No - Lo primero que sucede es que UNO de los transistores se enciende. Cuál depende de una serie de factores, por lo que es bastante aleatorio y, francamente, no es importante en la mayoría de los casos. Si necesita tener una puesta en marcha precisa, utilice un micro. Problema (1) No. Solo la base de un transistor se mantiene apagada en cualquier momento; de lo contrario, el circuito no puede oscilar. (2) Para que fluya la carga, debe haber una diferencia de voltaje y una vía. Una tapa se mantiene a 0,6 V (fijada por BE) en la base y +V en el colector del otro transistor. La otra tapa se fija en aproximadamente 0V con su extremo negativo cargado desde -V.
Actualizando la pregunta de nuevo. Todavía no estoy del todo allí, lo siento.
Creo que si estudiara primero los amplificadores BJT simples, podría dar el pequeño salto a este tipo de oscilador.
No creo que haya captado el concepto realmente importante (y su consecuencia) de que no puede cambiar instantáneamente el voltaje a través de un capacitor. Inicialmente (con el circuito sin alimentación) ambos capacitores tienen 0V entre ellos. Cuando enciende, digamos que T1 se enciende. Eso significa que el voltaje base de T1 debe ser 0,6 V y que el voltaje base de T2 debe ser MENOR de 0,6 V (porque T2 está apagado). El colector de T1 cae de +V a alrededor de 0V. Ahora aplica la regla del capacitor. La otra placa de C1 también debe caer exactamente en el mismo voltaje (de 0 a -V) para mantener el voltaje EN C1 = 0V
@Andyaka aquí aquí (+1)

Respuestas (3)

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1) ¿Por qué se requieren R4 y R1? ¿Por qué limitaríamos el flujo de corriente hacia los transistores y la carga de los capacitores?

Los transistores funcionan en un rango de corrientes de colector: puede buscar esto [para diferentes tipos (consulte https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/2N3904.pdf ) . Los valores mínimos utilizados para R1 y R4 determinarán la corriente máxima del colector . Este valor se puede calcular fácilmente (usando la ley de Ohm) suponiendo que la resistencia deja caer todo el voltaje de suministro. En el caso del 2N3904 la corriente máxima es de 200mA. Si no se limita esta corriente, se dañaría/destruiría el transistor.

También actúan como parte del circuito para producir un voltaje de conmutación para un lado de los capacitores.

2) ¿Por qué se incluyen R2 y R3 en el circuito? Parece que no tienen absolutamente ninguna función.

R2 y R3 tienen dos funciones.

El primero es encender los transistores conectando las bases de los transistores al suministro positivo a través de una resistencia adecuada que limita la corriente de base a un valor seguro.

Cuando enciende el circuito por primera vez, UNO de estos transistores se enciende primero y comienza el proceso.

La segunda función es cargar las otras placas de condensadores unidas a las bases del transistor conectándolas al suministro positivo.

Cuando un transistor se enciende, hace que el voltaje en la base del otro transistor pase a un voltaje NEGATIVO y se apague. Este voltaje negativo (base) también está conectado al suministro positivo a través de R2 o R3 (dependiendo de la base que estemos mirando). El voltaje A TRAVÉS de esta resistencia en este momento es aproximadamente el DOBLE del voltaje de suministro (+V a -V). { este efecto a veces se usa para producir un suministro negativo a partir de un suministro positivo o para duplicar el voltaje de un suministro }

La placa del condensador tiene que cargarse de aproximadamente -V a +V y cuando llega a 0,6 V (un poco más de la mitad) hace que el transistor se encienda. Esto es aproximadamente el 50% del voltaje final al que intenta cargar y toma alrededor de 0.7 x constante de tiempo (ya sea C1R2 o C2R3)

3) ¿Cómo se descargan C1 y C2 para permitir que se repita el ciclo? Si nunca se descargan, después de un ciclo, el circuito dejaría de funcionar porque C1 y C2 tendrían un voltaje lo suficientemente alto como para limitar el flujo de corriente hacia la base de cualquiera de los transistores, deteniendo efectivamente las oscilaciones.

El truco para entender este circuito es saber que no puedes cambiar instantáneamente el voltaje a través de un capacitor.

Cuando T1 se enciende, la base de T2 se lleva a un voltaje negativo y apaga T2. Luego, el condensador (C1) tarda en cargarse hasta 0,6 V a través de R2. Cuando finalmente llega allí (después de aproximadamente 0.7 C1R2), enciende T2. El voltaje en el colector T2 cae repentinamente y toma la base de T1 negativa, lo que apaga T1. El condensador (C2) conectado a la base de T1 tarda en cargarse a través de R3 hasta que llega a 0,6 V en la base de T1 y enciende T1. Esto luego da como resultado que T2 se apague nuevamente y el ciclo continúa repitiéndose.

El voltaje en las bases del transistor no puede superar los 0,6 V porque la unión base-emisor actúa como un diodo con polarización directa y fija el voltaje a ese nivel. Esto asegura que el voltaje del pulso de APAGADO del paso tomará la base negativa en aproximadamente el voltaje de suministro - 0.6V cada vez.

Creo que ya entendí tu significado. He editado mi pregunta a lo que ahora creo que sucede.
Creo que puede valer la pena señalar que si R2 y R3 fueran lo suficientemente pequeños en relación con R1 y R4 para encender los transistores por completo en ausencia de los capacitores, el circuito podría entrar en un estado "bloqueado" donde ambos transistores simplemente se sentaron "en". Tener esas resistencias demasiado débiles para encender completamente los transistores significará que si algo, incluso un poco de ruido, hace que la corriente base de un transistor aumente momentáneamente, eso provocará una caída en el voltaje del colector que se acoplará capacitivamente a la base del otro transistor, haciendo que ese transistor se apague ligeramente...
... aumentando así aún más la corriente disponible para la base del primer transistor. En consecuencia, si bien podría ocurrir un bloqueo con algunos valores de resistencia, los valores de resistencia elegidos correctamente garantizarán que cualquier estado de equilibrio sea inestable.
@supercat Los valores elegidos correctamente para las resistencias son absolutamente de rigor para un circuito en pleno funcionamiento, pero el problema aquí es comprender los conceptos básicos de funcionamiento. Es un circuito muy robusto y bastante tolerante a una amplia gama de valores (dentro de lo razonable, como ha señalado correctamente). Los valores iniciales que se muestran en el OP están bien y funcionarían.
@JImDearden: De hecho, pero recuerdo que una de mis primeras reacciones a ese circuito fue preguntarme por qué no hay peligro de un estado en el que ambos transistores estén encendidos y permanezcan encendidos. Decir que R2/R3 no tienen suficiente "empuje" para encender los transistores sólidamente sin la ayuda de R1/R4, y que R1/R4 solo pueden ayudar a encender un transistor cuando el transistor opuesto está apagado, aclararía eso.

Los dos condensadores proporcionan un acoplamiento negativo entre los dos transistores: cuando uno entra en conducción, esto evita que el otro lo haga.

1) Sin R1 y R4 no habría un voltaje negativo en los colectores cuando un transistor se pone en conducción: sería solo la fuente de alimentación, sin cambios. Y un capcitor no 'conduce' un 'no cambia'. Además, un transistor conductor acortaría la potencia, lo cual no es una buena idea.

2) R2 y R3 están ahí para permitir que los transistores comiencen a conducir. sin esas resistencias, los dos transistores estarían apagados para siempre (no conductores).

3) Cuando un transistor comienza a conducir, hará que el otro no conduzca, por lo tanto, el voltaje del colector de ese transistor aumentará al nivel de potencia. Esto descarga (o carga, según su perspectiva) el condensador.

¿Por qué tener un transistor encendido impide que el otro conduzca?
Cuando un transistor comienza a conducir, el voltaje en su colector cae. El capacitor acopla esta caída de voltaje a la base del otro transistor. Hasta que la resistencia base haya recargado el capacitor a ~ 0.6V, ese transistor estará apagado.

Comencemos con el estado donde T1 está apagado y T2 está encendido.

C1 tiene un camino a tierra a través de T2.

La placa izquierda de C1 acumula una carga positiva, mientras que la placa derecha de C1 se vuelve negativa por T2.

La base de T1 acumula lentamente una carga positiva a través de R3.

Una vez que se acumula suficiente carga en la base de T1, T1 se enciende y sumerge el lado izquierdo de C1 en negativo.

Debido al efecto de acoplamiento/corriente de desplazamiento, el lado derecho de C1 se vuelve aún más negativo. En realidad va por debajo de cero. Esto apaga T2 debido al voltaje negativo en su base.

Ahora T1 está encendido y T2 está apagado. El proceso se repite.

El libro Make: Electronics de Charles Platt describe exactamente este circuito.

¿Entendiendo un oscilador de 2 transistores?
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