Adición de diodos al multivibrador astable de transistores; Los diodos Schottky 1N5818 funcionan pero los diodos 1N4148 no; no puedo entender por qué

Soy un ávido aficionado a la electrónica, no un ingeniero electrónico.

Construí un circuito multivibrador astable basado en transistores y luego alimenté su salida a un amplificador de búfer de amplificador operacional que luego condujo un altavoz de 8 ohmios. Aquí hay una imagen del esquema del circuito:

esquemático

Quería que la salida de onda cuadrada del multivibrador astable del transistor BJT tuviera bordes "más duros", así que agregué dos diodos y dos resistencias al circuito para que cada capacitor en el multivibrador astable, al cargar, no afectara al transistor cercano.

El circuito en el que basé mi multivibrador astable se discutió en esta publicación para StackExchange:

Mejora de diodo multivibrador astable

De todos modos, aquí está el trato. Como señaló un usuario en la otra publicación, con los diodos en el circuito (el esquema del circuito original usaba diodos de señal pequeña 1N4148), a veces el circuito no comienza a oscilar cuando aplica energía al circuito.

Eso es lo que me pasó. Con los dos didoes 1N4148 en el circuito, no pude hacerlo oscilar. Probé varios enfoques para "desequilibrar" el circuito, como agregar un capacitor de valor pequeño desde la base de un transistor a tierra, para que oscile, pero no oscilaba.

Por capricho, reemplacé los dos diodos 1N4148 con dos diodos Schottky 1N5818. ¡Voila! ¡El circuito se puso en marcha y osciló muy bien! Los bordes de la onda cuadrada eran mucho más verticales. Yo era feliz.

Esto es lo que no entiendo: ¿Por qué importaría si el diodo utilizado en el circuito es un diodo de tipo 1N4148 o 1N5818 (Schottky)? Sé que el voltaje directo del diodo Schottky es más bajo, pero no pude entender cómo importaría eso.

Por lo que puedo decir, todo lo que hace el diodo es obligar al capacitor en cuestión a cargarse a través de la nueva resistencia (R2 y R5 en mi esquema). ¿Por qué importaría si el diodo que uso es un tipo Schottky con un voltaje directo bajo o un diodo de señal pequeña normal con un voltaje directo mayor?

¡Lo siento si esta es una pregunta de novato! Gracias de antemano por su misericordia.

Por cierto, el circuito funciona muy bien. Pero odio no saber POR QUÉ.

¡Gracias de antemano!

Construí circuitos experimentales utilizando la guía útil de los comentaristas y respondedores. ¡Mucha gratitud!

Con lo que terminé es este circuito:

Transistores bjt multivibrador astable con amplificador de búfer op amp en la salida que conduce el altavoz de 8 ohmios

El problema original que tenía era que el circuito no arrancaba ni empezaba a oscilar si usaba diodos de señal pequeña 1N4148 como diodos de "corrección de forma de onda". Esta versión del circuito resuelve ese problema. Esta versión del circuito se inicia y comienza a oscilar, muy bien, incluso cuando uso diodos 1N4148 en lugar de diodos Schottky 1N5818 para los diodos de "corrección de forma de onda". Reemplacé los diodos Schottky 1N5818 con los diodos de señal pequeña 1N4148 para la parte de corrección de forma de onda del circuito. Ver D1 y D2.

Lo gracioso es que no estaba tratando de resolver el problema de "no arranca y comienza a oscilar al aplicar energía al circuito" cuando agregué los diodos en serie con la base de cada transistor. Estaba tratando de resolver el problema de "mantener la unión base-emisor de cada transistor de zenering debido al voltaje negativo aplicado a la unión base-emisor de cada transistor en cada ciclo". ¡Agregar un diodo en serie con la base de cada transistor parece haber resuelto AMBOS problemas!

Además del problema de no oscilar cuando se aplicaba energía, un problema con la primera versión del circuito, como señaló un contestador, era que la unión base-emisor de cada transistor estaba siendo forzada a soportar un voltaje inverso negativo de hasta -7 voltios en cada ciclo. Esto es malo, ya que podría hacer que la unión base-emisor se vuelva "zener", ya que el voltaje de ruptura inversa de la unión base-emisor del transistor puede ser tan bajo como -5 o -6 voltios.

La solución con la que terminé estaba en un artículo de revista de Ray Marston. Aquí está el enlace al artículo de la revista de Ray Marston: "Libro de recetas de transistores bipolares - Parte 6". Consulte https://www.nutsvolts.com/magazine/article/bipolar_transistor_cookbook_part_6 para ver el artículo. Ver figura 2.

En el artículo de la revista, la solución de Ray Marston al "zenering" del problema de la unión base-emisor es colocar un diodo en serie en la base de cada transistor. De esa manera, el voltaje de ruptura inversa muy grande del diodo (alrededor de -100 voltios para los diodos 1N4148 que usé) tendría que superarse antes de que la unión base-emisor se convierta en zener. Ver D3 y D4.

Eso es lo que hice. Ahora la unión base-emisor de cada transistor está protegida contra el zenering debido a cualquier voltaje inverso de hasta -100 voltios.

Lo que descubrí, por casualidad, es que agregar un diodo en serie con la base de cada transistor resolvió el problema de "el circuito no comenzará a oscilar cuando se aplica energía". Todavía estoy analizando el circuito para averiguar por qué este es el caso. Cualquier respuesta a por qué el diodo en la base de cada transistor resuelve el problema "no comenzará a oscilar al encenderse" es apreciada.

Ray también tiene una solución propuesta para el problema "el circuito no comenzará a oscilar al encenderse" en su artículo. Vea la Figura 6. Todavía no he probado su solución en un circuito de prueba.

Otro cambio que hice en el circuito: reemplacé el potenciómetro único de 20K ohmios con un potenciómetro doble agrupado para el circuito RC. El potenciómetro dual agrupado está en el circuito para permitir que la salida de frecuencia del oscilador varíe dentro de un cierto rango. Para circuitos que solo necesitan una frecuencia para producir, el potenciómetro podría reemplazarse con dos resistencias fijas. Desafortunadamente, el único potenciómetro doble agrupado que tenía a mano era un potenciómetro dual agrupado de 100K ohmios, que sé, según una de las respuestas útiles, es un valor demasiado grande en comparación con la resistencia de 2.2K ohmios conectada al colector de cada transistor. Tendré que tener cuidado de no poner el bote en un valor demasiado grande.

Si puedo averiguar POR QUÉ agregar un diodo en serie con la base de cada transistor resuelve el problema de "no comenzará a oscilar al encenderse", publicaré esa respuesta aquí.

Se me ocurre, después de estudiar el esquema, que debería poner una resistencia fija de al menos 2,2K ohmios en serie con cada lado del potenciómetro de 100K. De esa manera, si el potenciómetro se gira a su valor mínimo, todavía habrá ALGUNA resistencia significativa para cada una de las dos redes RC en el circuito.

* Actualización del 1 de marzo de 2019 *

Aquí está la versión más nueva de este circuito construido en mi protoboard:

Multivibrador astable de transistor bjt con búfer de amplificador operacional y seguidor de emisor de transistores push-pull en la salida

Agregué dos nuevos diodos (D5 y D6). Estos parecen tener poco efecto práctico en el circuito.

Lo que tuvo un efecto en el circuito fue agregar los dos transistores de salida en una configuración "push pull" de seguidor de emisor. Hice esto por sugerencia de un respondedor.

Estos dos transistores permiten que el circuito envíe mucha más corriente al altavoz, ya que puedo reducir la resistencia variable final y aumentar aproximadamente 180 mA de corriente (máx.) al altavoz.

El problema es que, cuando envío mucha corriente al altavoz, el amplificador operacional comienza a consumir su corriente máxima en el pin 7, aproximadamente 2,5 mA.

Intenté usar una resistencia de 1K en el pin de salida (6), pero eso también redujo un poco la salida del altavoz.

¿Algún consejo sobre cómo aumentar la corriente al altavoz mientras se protege el amplificador operacional?

* Actualización del 6 de marzo de 2019 *

Después de revisar el dibujo esquemático que publiqué el 1 de marzo de 2019, me di cuenta de que el diodo D6 estaba en el lugar equivocado. Estaba conectado a R6 y al cátodo de D2. Debería haber estado conectado a R5 y al ánodo de D2. El esquema ha sido corregido y se publica a continuación:

Multivibrador astable de transistor bjt con búfer de amplificador operacional y seguidor de emisor de transistores push-pull en la ubicación de salida del diodo D6 corregido

aplique energía desde un vdd que ya esté completamente encendido; no es un vdd que sube lentamente.
Analógico, ¿cómo debo modificar el circuito para asegurarme de que Vdd esté completamente cuando se aplique energía al circuito? ¿Haría eso poner un condensador a través de los rieles de alimentación antes del interruptor de botón?
En general, cuando tenga actualizaciones de su pregunta, edite la pregunta en sí. ¡No las publiques como respuestas!
Comprendido. Gracias. Editará la pregunta original a partir de ahora.
2,5 mA es la corriente máxima que el opamp consumirá como corriente estática para operar sus circuitos internos. No es la corriente máxima que puede entrar/salir de los pines de alimentación para suministrar el pin de salida. Revisé la hoja de datos y no encontré una especificación de corriente de salida máxima, pero la parte se caracteriza por una carga de 2K. Eso es más de 6 mA de corriente de carga. Mantendría las bases Q3 Q4 conectadas directamente al pin 6.

Respuestas (3)

El diseño tiene algunos problemas ilustrados en un esquema marcado.

1) hFE es solo 10% cuando está saturado. por lo tanto, Rb/Rc' no debe exceder 20:1
2) Vbe se vuelve negativo por debajo de -5 V, lo que excede la calificación máxima absoluta. (en la mayoría de los transistores) -6V en este caso. mientras tanto, 9Vdc puede producir pulsos de ~>-7V a la base.

La corrección de Schottky es una curita porque sobrecarga el Vbe en reversa por debajo del límite típico de -5V "Calificación máxima absoluta"

Dado que esto reduce el pico de la rampa -ve de -7 V a -0,7 V, también eleva la frecuencia hacia 2x. y no el 10x que esperaría porque el tiempo de subida comienza de forma lineal y luego aumenta rápidamente de manera exponencial debido a la gran corriente de pulso en la tapa fijada por la carga del diodo inverso.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Si me busca el disparador Astable CMOS Schmitt, puede encontrar un diseño de baja potencia mucho más confiable y luego usar los transistores en la salida del amplificador operacional como seguidores de emisores complementarios para obtener más potencia.

¡Probaré el diseño alternativo también! ¡Gracias!
la frecuencia se duplica pero la onda cuadrada es más perfecta EN CUALQUIER MOMENTO
dar la bienvenida
Intenté agregar los dos diodos de sujeción inversa. ¡Ellos trabajaron! ¡Gracias! La base de cada transistor no bajó por debajo de -0,7 voltios. Pero el problema con el circuito que no comenzaba a oscilar cuando se aplicaba energía permanecía. :-(
Creo que eso se debe a una ganancia insuficiente "Rb/Rc' no debe exceder 20:1" y tienes (20k+3.3k) / 2k2//2k2 = 21 por lo que es marginal. Aumentar 2k2 debería mejorar eso. intente 10k y trabaje hacia abajo. La ganancia del bucle debe ser >1 y hFE cae al 10 % más o menos, otro truco es la pequeña capitalización // Rb
RV1 es el Rb más grande y usa un límite ~ 5% de otros límites después de todo esto, el CMOS Schmitt Trigger Astable es perfecto con retroalimentación negativa R, usando RV1 y 1 serie R para limitar el f máximo; de lo contrario, obtiene un rango de frecuencia> 30: 1 con la olla y la tapa en entrada a gnd.. eso es todo.
Intentaré hacer un oscilador con el CD4093. Ese es el que hay que usar, ¿sí? Hice un oscilador simple con el CD4047 pero no he tenido la oportunidad de jugar mucho con él.
Esto funciona tinyurl.com/y6qlues4
¿Un oscilador hecho de un inversor disparador Schmitt? Mola mucho. Debo construir ese circuito. Tantos circuitos para construir. ¡Tan poco tiempo!
Aprende a usar Falstad. Tiene muchos diseños básicos incorporados y funciones geniales con el botón derecho del mouse como Control deslizante para hacer cualquier parte con un potenciómetro deslizante en el costado para cambiar su valor o voltaje. Algunas cosas son controladores ideales de 0 ohmios, y otras se pueden modelar como FETS Beta = 5 / Ron y el hFE de BJT es constante sin una saturación de hFE del 10%, por lo que se puede agregar un circuito real Rs, LC
Falstad's es la mejor SIM interactiva gratuita con tiempo real o cámara lenta (opciones de tiempo de muestra para muestras de 2k) donde cualquier cosa puede ser interactiva con osciloscopio, DMM o voltaje de cable mostrado para que pueda modificar cualquier cosa o incluso copiar y pasar partes mientras se está ejecutando .. Sus otras SIM físicas y ópticas son aún más geniales.
Ojalá pudiera usarlo sin conexión. Me alegro de que se haya reescrito en javascript con applets de Java que ya no son compatibles con los navegadores.
Se puede usar sin conexión si descarga las bibliotecas.
Sunny, sé que debería usar el oscilador inversor disparador Schmitt. Aún así, ya que estamos hablando de este circuito, sobre el problema de ganancia insuficiente: ¿Qué pasa si uso dos 2N3904 en cada lado en una configuración Darlington? ¿No me daría eso tanta ganancia masiva que las resistencias de tiempo podrían tener valores muy grandes?
Sí, eso también funcionaría, ya que hFE cae al 10% en Vce (sat) o 2N5088 con hFE alto

La otra cosa que hace el diodo es aumentar el voltaje de saturación aparente del transistor visto por la base del otro transistor. Puede volver a calcular las formas de onda en ambos lados de C2 con diodos de 0,2 V y 0,7 V y ver el efecto.

Es posible que tenga varios problemas aquí . Por su naturaleza, los circuitos multivibradores tienden a NO oscilar si ambos lados están algo equilibrados en los valores "verdaderos" del transistor beta, la temperatura y la resistencia. También ayuda tener un voltaje de suministro que aumenta rápidamente, por lo que las ligeras diferencias en los valores capacitivos pueden iniciar el oscilador.

Es extraño que comience con diodos Schottky y no con el ultrarrápido 1N4148. La velocidad y el Vdrop de avance no son el problema. Sí, el Schottky tiene un Vdrop delantero más bajo, pero es diez veces más lento que el 4ns 1N4148. Sospecho que los diodos Schottky no están tan equilibrados en términos de Vdrop, y se necesita un desequilibrio para iniciar el oscilador.

NOTAS:

  1. Es muy necesario agregar condensadores de desacoplamiento. Un 100nF a través de los pines de alimentación IC lo estabilizará. Además, un condensador de aluminio de 100 uF y 25 V en los rieles de suministro (después del interruptor de alimentación) estabilizará el voltaje en los rieles de alimentación. Sí, podría cambiar un poco la frecuencia y la forma en que comienza podría cambiar.

  2. Idealmente, ambos tipos de diodos deberían funcionar como se espera. El 1N4148 en realidad debería funcionar mejor para los tiempos de subida y bajada.

  3. El voltaje es demasiado bajo para la serie TL0xx. Esperan +/- 6 voltios mínimo. Si está distorsionado, puede agregar una resistencia de 10K desde el pin 6 a Vcc. La corriente de compensación estabilizará el amplificador operacional en fuentes de alimentación de un solo extremo.

  4. Otra gran ayuda sería usar dos baterías de 9 voltios para obtener 18 voltios . El aumento de la corriente no dañará nada, ya que es muy pequeño para empezar, pero ayudará a que el amplificador operacional se estabilice y genere un volumen adicional sin distorsión.

Sabes, cuando estaba construyendo el circuito, SÍ usé partes de tolerancia muy estrecha, como resistencias del 1 por ciento del mismo lote, transistores 2N3904 del mismo lote y diodos 1N4148 del mismo lote. Incluso los condensadores eran buenos, del tipo MLCC excedente militar, del mismo lote. ¡Es posible que, sin querer, haya hecho que el circuito del oscilador esté realmente equilibrado en cada lado! ¡Haré algunos experimentos, según sus sugerencias, y veré qué sucede!
Parece que sabe lo que está haciendo y solo necesita algunos consejos para que funcione de manera predecible. Buena suerte.
Sparky, toma esto. Cuando volví a colocar los diodos 1N4148 en el circuito, por desgracia, no hubo oscilación. Luego agregué el capacitor de 100uF 25V a través de los rieles de alimentación como sugirió. ¡Voila! ¡Oscilación con los 1N4148! Desventaja: con el condensador sobre los rieles, obtuve una molesta disminución lenta en el tono cuando solté el botón. Solución: Incluso con un simple capacitor de .1 uF, la oscilación comenzaría. Con el capacitor de valor pequeño, el oscilador se detuvo rápidamente al soltar el botón sin una molesta disminución del tono.
Me alegra que esté trabajando en el problema y que los resultados sean predecibles. Puede que no tenga la mejor respuesta, pero espero haberte dado algunos consejos útiles.
Adición de diodos al multivibrador astable de transistores; Los diodos Schottky 1N5818 funcionan pero los diodos 1N4148 no; no puedo entender por qué
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