unerwünschten Effekt bei Multivibratoren beseitigen

[Mr. E-Light]

Hi Leute,

schon lange prügele ich mich mit einem Problem rum, das ich bis heute nicht brauchbar beseitigen konnte, das mir aber auch noch niemand überhaupt erklären konnte!

Für Wechselblinklichter ist ja der "Multivibrator" = astabile Kippstufe recht beliebt weil einfach und schnell zu bauen (Ihr wisst schon, die mit den Transistoren, Kondensatoren und Wiederständen...). Mit einer kleinen Abänderung (Kurzschließen eines Ausgangs für die Lämpchen/LEDs) lässt sich daraus auch ein Einzelblinker machen (=> "Drehspiegelleuchte"). Für ein Modell mit zwei Leuchten braucht man dementsprechend zwei getrennte Schaltungen dieser Art.
Aber hier gibt es einen unerwünschten Effekt, den ich gern beseitigt hätte: Allein durch die Toleranzen der Bauteile sollte es ausreichen, dass beide ansonsten identisch aufgebauten Schaltungen unabhängig blinken. Dennoch passiert es oft, dass sich beide von einander sogar physisch getrennten Schaltungen (hängen nur an derselben Spannungsquelle) zusammen raufen und plötzlich anfangen gleichzeitig zu blinken oder - bei noch mehr gleicher Schaltungen - eine Art Lauflicht bilden. Nur durch deutliche Änderung des Widerstandes am kurzgeschlossenen Ausgang lassen sich die Schaltungen meist wieder trennen, aber dafür braucht man in der Regel einen Poti und muss bei winzigen Schwankungen bei der Eingangsspannung gegebenenfalls nachregeln, oft sogar so deutlich, dass es kein schönes Blinken der beiden Lichter gibt, obwohl alles eben noch sauber getrennt geblinkt hatte. Das ist ausgesprochen lästig und unpraktisch.

Kann mir also irgendwer diesmal erklären, warum sich zwei "unabhängige" Schaltungen zu quasi einer "zusammen fügen" und wie kann ich die dauerhaft trennen, ohne die Blinkfrequenzen zu weit auseinander zu ziehen?

Mir ist durchaus klar, dass jetzt wieder am liebsten auf Digitalelektronik verwiesen wird oder zumindest auch den NE555, aber jetzt möchte ich erst mal ganz gezielt das angesprochene Problem besprochen haben, das andere kann gern danach noch folgen...

p.s.: Vielleicht noch als ergänzende Konkretisierung: Ich benutze den WBA-1 von Tams als Augangsbasis, weil ich diese Schaltung direkt mit einem MoBahn-Lichtstromtrafo betreiben kann (oder eben auch an einer 9 V Blockbatterie, ganz nach Bedarf) - ändert aber am beschriebenen Effekt rein gar nichts.

[cab]

Hallo,

ich versuch mal eine Erklärung. So unabhängig wie Du schreibst sind die Schaltungen nicht. Dein betreiben an einer Wechselspannungsquelle (Trafo) ist die Ursache. In der Nähe des Umschaltmomentes reagieren die Transistoren besonders empfindlich auf Spannungsänderungen gleich welcher Art. Sie synchronisieren sich praktisch durch die pulsierende Betriebsspannung (Einweggleichrichtung). Eine Abhilfe schafft hier nur entweder die Versorgung über eine bessere Gleichspannung (Schaltnetzteil mit geringem Brummanteil oder Batterien) oder du versuchts den Kondensator C3 durch einen mit deutlich höherem Wert zu ersetzen. Ich würde sagen so 470µF (oder höher) bei 35V. Die vom Hersteller vorgeschlagenen 2.2µF bei 25V sind bei weitem zu niedrig. Überschlagsmäßig (18V + Leerlauf) * 1.41 ==> 25V ist knapp, da könnte der Elko sich schon mal verabschieden.

Carsten

[günni]

Moin Ralf,
bevor wir etwas besprechen, zeige erst mal das Schaltbild mit der Stromversorgung und zwar so, wir DU es gemacht hast.

[Mr. E-Light]

Salü,

tja, da müsste ich erst mal ordentlich was zeichnen, Günni, ich hätte nur eine Zeichnung des Layouts (mit Bauteilangaben) aber kein Schaltbild, das dauert ein klein wenig...

Ansonsten kann ich zu Carsten schon mal sagen:
470 µF halte ich bei C3 doch für ein klein wenig übertrieben (so rein als Erfahrungswert bisher), zumal ich oft schon 12,2 µF benutzt habe, dann wurde das Licht am Ausgang aber deutlich heller - wie das dann erst bei den 470 µF aussehen würde?
Aber wie auch immer, das hat bisher trotzdem nicht den geringsten Unterschied gemacht, ob ich die Schaltungen an Wechselspannung oder an "sauberer" Gleichspannung dran hatte (eben auch Batterie!), der Effekt blieb immer. Einzig als ich mal zusätzlich beim Anschluss an einen Trafo einen Brückengleichrichter zusätzlich zwischen die Schaltungen und den Trafo gesetzt hatte, schien sich der Effekt zu verflüchtigen - aber ich kann nicht garantieren, dass er nicht doch wieder auftaucht, denn die Empfindlichkeit (der Transistoren) auf winzige Spannungsänderungen kann ich nur bestätigen: Hat meine Doppelschaltung vor kurzem an einer frischen 9 V Batterie noch sauber funktioniert, tut sie es mittlerweile mit einer anderen ebenfalls wieder neuen (gleicher Marke) nicht mehr...

Aber gut, ich versuche dann jetzt erst mal einen Schaltplan mit den aktuellen Werten zu zeichnen...

[Mr. E-Light]

So, ich hoffe, ich habe nicht wieder die beiden Kondensatoren C1 und 2 in der Zeichnung vertauscht (ich habe meine Platine nämlich etwas anders als die von Tams aufgebaut, ist aber weiter im Ursprung von ihm abgekupfert - mit seiner Erlaubnis übrigens)...

Ansonsten sollten die Erklärungen im Bild ausreichend sein, denke ich.
Die Version für den 16 V MoBahntrafo kommt dann gegebenenfalls später dran.

(p.s.: Blöde Frage, aber macht der "doppelte Abgang" zu GND am Transistor T1 überhaupt Sinn, T1 und T2 liegen auf der Platine eh auf einer Leiterbahn? Außerdem verstehe ich den Zugang von C3 an den Pluspol der Batterie nicht, den finde ich nämlich nicht auf der Platine (weder bei der ursprünglichen von Tams noch bei meiner - hab' das im Schaltplan aber trotzdem mal so aus der Anleitung von Tams entnommen...)

(Edit: Schaltplan korrigiert.)

[cab]

Hallo,

ich kanns nur nochmal wiederholen dein C3 ist viel zu klein. Die Brummspannung ist dabei fast so hoch wie deine Betriebsspannung. Sieh mal unter http://www.elektroniker-bu.de/gleichrichten.htm nach (Einweggleichrichtung,Ueff 16V, Udiode 0,7V, Csieb 0,000002 und Rlast 1000). Wenn bei 470µF die Helligkeit stark steigt dann vergrößere einfach die Werte von R1 und R4.

Carsten

[günni]

Moin Ralf,
T1 ist falsch herum eingezeichnet.

Hier ist eine FF-Schaltung für eine LED.

[Mr. E-Light]

Moin Günni,

autsch, stimmt natürlich, da ist mir bein Zeichnen (Kopieren, Drehen, Spiegeln...) ein Flüchtigkeitsfehler unterlaufen, habe ich tatsächlich völlig übersehen - kommt davon, wenn man es mit noch wenig benutzten neuen Programmen zu tun hat (ich musste mein altes, heiß geliebtes Zeichenprogramm ersetzen, mit dem neuen komme ich einfach irgendwie nicht zurecht). Ich ändere das, sobald ich wieder an meinem Rechner sitze (hab gerade ein "Ersatzgerät" in der Hand).

Interessante Werte hast Du da verwendet, die werde ich nachher auch ausprobieren, einzig der Vorwiderstand für die LED erscheint mir ein bisschen niedrig, sollte sich aber wohl problemlos anpassen lassen. Auch muss ich notgedrungen noch testweise auf meine alten 547B zurückgreifen, wird wohl dringend Zeit, die Vorräte mal aufzufrischen - aber zum Testen sollte es reichen (oder haben die beiden unterschiedlichen Transistoren auch Auswirkungen auf das Leuchtbild - ich will nicht irgendein Blinken haben! - und den Synchronisationseffekt?) .

@ Carsten:
Hi,

aus Deinen verwendeten Werten werde ich nicht ganz schlau. Noch wollte ich erst mal die 9 V Version zum Thema haben, die 16 V kommen vielleicht später noch dran (immer hübsch eins nach dem anderen, sonst wird's schnell unübersichtlich). Und dann wären da noch die 1000 Ohm für den Verbraucher- das mag vielleicht auf die Verwendung bei der Nennwerte von LEDs zutreffen, aber diese kann ich nicht anwenden, der Vorwiederstand von 1500 Ohm ist nicht rein willkürlich von mir angegeben, eigentlich könnte der sogar noch größer sein (bezogen auf blaue LEDs).

Ich habe mir den angegebenen Link natürlich auch angeschaut und verschiedene Werte durchgespielt; was den deutlich größeren Wert von C3 angeht, hast Du wohl Recht, da sieht das Ergebnis klar besser aus (auch wenn ich jetzt nicht so genau wüsste, wie ich den großen Kondensator unterbringen soll, meine Platine ist dafür nicht ausgelegt - aber gut, das sollte das geringste Problem sein). Nur die um mindestens 3 V satt erhöhte Ausgangsspannung gegenüber Uin erschreckt mich dabei schon etwas, da geh es schon nicht mehr einfach nur um "zu helle" LEDs, deren Überleben ist arg bedroht!
Sobald ich irgendwo genug zum Bestellen zusammen bekomme, werde ich auch das ausprobieren, Kondensatoren dieser Größe habe ich nicht auf Lager...

Aber ist dann überhaupt garantiert, dass sich dadurch der Synchronisationseffekt aufhebt? Oder ist das letztlich doch nur eine theoretische Annahme ohne definitive Erfolgsgarantie?
Na ja, ich warte mal die Tests ab, sobald ich an die Bauteile komme...

Jedenfalls überlege ich auch mal bei Tams mit dem Problem vorstellig zu werden, wäre sehr interessant, was er selber dazu sagen würde.
Auch interessant, wie sich das auf seine SMD Version WBA-2 auswirken würde, denn da werden tatsächlich nur 1 uF Kondensatoren verwendet (C1 - 3) ...

[günni]

Moin Ralf,
die 560 Ohm sind schon richtig. Ub=9V

[Mr. E-Light]

Salü Günni,

rein rechnerisch mag das korrekt sein, aber ich bin da schon bei der tatsächlichen Anwendung, da muss ich für gewöhnlich größere Widerstände nehmen, weil die LEDs ansonsten allesamt zu hell wären (ein anderes Beispiel: Zwei rote 0402er in Reihe an 16 V Wechselspannung (natürlich schon geschützt) brauchen als einfache Rücklichter für normale Autos schon 22 kOhm, um gut auszusehen, die blauen LEDs bekommen an einer anderen Blinkschaltung bei einer Ausgangsspannung von ca.19-20 V gut und gerne 5,6 kOhm, um nicht zu hell zu sein; ich habe auch noch ein paar alte weiße 0603er LEDs mit nur 72 mcd, die brauchen bei zwei in Reihe als Stirnlichter bei Lkws und Bussen 10 kOhm an 16 V. Ich denke, Du verstehst was ich meine.

Aber das werde ich ja dann sehen, wenn ich zum Testen gekommen bin (ich habe mir extra eine Steckplatine zusammengebastelt für diese Schaltung, aber wie es sich gehört, hat die sich gerade versteckt; bis morgen sollte ich die wohl gefunden haben... *hüstel*).

[Mr. E-Light]

So, hat leider etwas länger gedauert:
@ Günni
Ich habe nun Deine Version ausprobiert. Irgendwas muss ich aber falsch gemacht haben, denn das Blinkmuster hat nur wenig Ähnlichkeit mit einem normalen Blaulicht. Vielleicht muss ich es doch mit Löten probieren statt mit einer Steckplatine, aber ob das viel ändern würde?

[günni]

Moin,
Blinkmuster?? -> an aus an aus ...
Meinst Du die Zeiten? Also das Tastverhältnis?
Zeit an ~ 0,5sec.
Zeit aus ~ 0,5sec.

[Mr. E-Light]

Dann muss bei mir wirklich was schief gelaufen sein, denn die LED hatte eine andere Blinkfrequenz (hab sie aber schon gar nicht erst bestimmt) und v.a. ging sie in der Dunkelphase gar nicht erst aus. Ich werde wohl wirklich eine meiner Lötplatinen "opfern", Steckplatinen sind vielleicht doch nicht so betriebssicher.

Kurze Frage noch: Ich habe für R1 leider nur 1 kOhm oder 1,5 kOhm - könnte sich das so extrem auswirken? Kann ich mur eigentlich nicht vorstellen...

[günni]

Moin,
1K liegt so gerade noch in der Toleranz.
welche Versorgungsspannung liegt an der Schaltung an?

[Mr. E-Light]

Salü,

dann wären 1,5k wohl besser - oder ich muss mal schauen, ob ich die 1,2k irgendwie zusammen gestückelt bekomme.
Zur Stromversorgung dient hier eine 9 V Blockbatterie, so frisch wie man sie halt im Laden bekommt. Zur Not kann ich aber auch ein geregeltes Netzgerät nehmen (nachgemessen: 9,2 V - ist hier halt derzeit etwas umständlicher in der Anwendung, weil ich keine passende Buchse an der Platine habe).

[günni]

Moin,
willst Du jetzt über Bauteile verhandeln? Ich habe nichts vom 1,5K Widerstand geschrieben!

[Mr. E-Light]

Hast Du tatsächlich nicht, aber von 1,2k, die ich leider nicht vorrätig habe und deshalb nach akzeptablen Ersatz suche...
"Verhandeln" will ich gar nichts, sondern habe nur festgestellt, dass meine 1,5k näher an 1,2k liegen als meine anderen 1k (die ja laut Dir "so gerade noch" im Toleranzbereich liegen). Wie sich das auswirken könnte, weiß ich ja jetzt noch nicht, da hatte ich auf Deine Erfahrung und Kenntnisse gehofft. Aber bitte, Du bist selbstverständlich nicht verpflichtet, darauf einzugehen, ich werde das so oder so selber austesten müssen.

Ich hoffe, dass meine angedachten Stromversorgungsmöglichkeiten wenigstens nicht auch so impertinent sind, wie meine Überlegungen zu dem Widerstand...

[günni]

Moin,
rechne mal die Differenz aus. 1,2K - 1K = ?? ; 1,5K - 1,2K = ??
deutlich genug?
Zudem habe ich mit 1K die Schaltung berechnet und daher die Aussage getroffen, dass er in der Toleranz liegt.

[Mr. E-Light]

Ja, ich gebe zu, dass war eine reife Leistung von mir, ich war offensichtlich deutlich neben der Spur, was trotz eines da auch so schon besch..eidenen Tages kaum entschuldbar ist. Nichtsdestotrotz kannst Du Dir solche schnippischen Kommentare wie z.B. das mit dem "verhandeln" sparen - entweder gehst Du das Risiko von (ebenfalls zugegeben) nicht immer ausgesprochen geistreichen Rückfragen ein, wenn Du schon irgendwo was schreibst, oder Du lässt es ganz bzw. gibst zumindest in der Signatur an, dass direkte Rückfragen nicht erwünscht sind.


Zurück zum Thema:
Was nun Deine theoretisch berechneten Werte angeht: Ich habe nun sogar zwei meiner (mal teuer eigens für mich hergestellten) Schaltungen hergenommen und mit Deinen Werten bestückt, ich bin sogar bei R1 auf 1,27 kOhm gekommen, näher komme ich nicht mehr ran.
Das Ergebnis ist dennoch wie gehabt: Taktfrequenz ziemlich genau 1,7 Hz (natürlich ein wenig abhängig vom "Alter" der Blockbatterie, sollte idealerweise aber trotzdem mit ca. 2,1 Hz spürbar höher liegen - sei's drum), das Leuchtbild taugt aber wirklich nichts, denn die LEDs blitzen kurz hell auf (blitzen, nicht blinken) und werden dann langsam dunkler, ohne aber ganz aus zu gehen (Resthelligkeit irgendwo zwischen geschätzten 30 - 40 %). Ist ein hübscher Effekt, den ich an anderer Stelle schon mal in ähnlicher Form verwendet und bei einem anderen Projekt schon länger gezielt eingeplant habe, für eine normale Drehspiegel-RKL-Simulation aber gänzlich ungeeignet.

Zu trennen scheinen sich beide Schaltungen aber immerhin unabhängig vom Ladezustand der Batterie, das ist ja schon mal ein Erfolg!
An den Werten für ein brauchbares Leuchtbild ließe sich dann wohl wieder experimentell feilen, in der Hoffnung, dass die Asynchronität von zwei gleichen Schaltungen erhalten bleibt.


Bleibt aber dennoch weitehin die Frage, warum sich mehrere, eigentlich - bis auf die gemeinsame Spannungsquelle - physisch von einander getrennte Schaltungen dieser Bauart synchronisieren. Gut, bei einen Anschluss an sogar nur halb gleichgeichteter Wechselspannung kann ich das mit der Brummspannung noch ansatzweise nachvollziehen, nicht mehr aber bei der Verwendung von Batterien, die doch wohl eine noch sauberere Gleichspannung liefern dürften, als geregelte Netzgeräte (oder unterläuft mir da auch ein geistiger Fehler?).
Ich verstehe ehrlich gesagt eigentlich trotzdem nicht mal überhaupt, wie sich die Transistoren auf den getrennten Schaltungen synchronisieren, Brummspannung hin oder her, denn selbst bei deutlich unterschiedlichen Werten von R1 (bei Günni, R4 in meinem Schaltplan), der ganz offensichtlich hier auch eine Rolle spielt, synhronisieren sich die Schaltungen; erst wenn sich besagter Widerstand sehr deutlich auf den Platinen unterscheidet, trennen sie sich wieder. Sogar bei der alten Conrad Schaltung http://www.conrad.de/ce/de/product/1994 ... z?ref=list muss man mächtig an den Potis drehen, bis die Lämpchen asynchron aufleuchten (hab sie seit Jahren unbenutzt, aber durchaus ausgiebig getestet, rum liegen).

[cab]

Hallo,

zum verstehen der Schaltung kann ich Dir mal http://de.wikipedia.org/wiki/Multivibra ... uelementen empfehlen. Dort ist die Arbeitsweise gut erklärt. Frequenzbestimmend sind die Widerstände R2/R3 (TAMS) und die beiden Kondensatoren. Die unterschiedlichen Werte bei R1/R4 erzeugen unterschiedliche Belastungen der Spannungsquelle. Im Umschaltmoment der Transistoren beträgt deren Basisspannung ca.0,6-0,65V. Jede kleine Änderung der Betriebsspannung beeinflußt den Umschaltzeitpunkt. Selbst die Stromverstärkung der Transistoren ist nicht ohne Einfluß auf das Schaltverhalten. Auch eine Batterie ändert ihre Spannung je nach Belastung.

Das es bei günni's Schaltung etwas stabiler ist, ist dadurch zu erklären, dass die Schaltung deutlich niederohmiger ausgelegt ist und das Übersteuerungspotential der Transistoren besser genutzt wird. (Rb/Rc ~ 10 bei günni und ~ 60 bei TAMS) Das die LED nicht völlig aus geht, liegt vermutlich am Reststrom (vielleicht schon defekt) der durch den Kondensator fließt.

Ich weiß trotz der einfachen Schaltung ist das manchmal nicht einfach nachzuvollziehen. Bauteiltoleranzen z.Bsp. bei Elkos (-20...+100%) sind keine Seltenheit.

Carsten