Diefenbach's Multivibrator - Spielen mit dem Oszilloskop

[Vagabund]

Im DRF ging es in einem Thread um den Kauf eines Oszilloskop eines Beginners, dabei kam auch die Schaltung von Diefenbach's Multivibrator aus der Bastelpraxis RPB Band 79/79a auf. Leider fehlt mir Band 1 und 2 dazu, Band 3 enthält aber die Schaltung. Da ich sowieso so selten das Oszilloskop anfeuere und es sich bei dem Multivibrator um eine sehr einfache Schaltung handelt, dachte ich mir, ich spiele mal damit etwas herum.

Hier erstmal die Schaltung:
   

Was man so braucht: Ein Chassis (in meinem Fall ein einfaches Alublech, von meiner Frau abgewinkelt und gebohrt), Netztrafo, Bauteile für den Gleichrichter, Röhrenfassung Noval, ECC81, Sicherung, Schalter, Kabel.

Die Frequenz soll 600Hz betragen, allerdings ist der Vibrator nicht sehr frequenzstabil, die Frequenz ändert sich auch mit dem Drehen des Lautstärke-Potentiometers. Auch das Anklemmen des Lautsprechers oder einer Last am Ausgang verändert das Signal eines Triodensystems, aber dazu später mehr. Der Multivibrator verzichtet bei der Schwingungserzeugung auf Schwingkreise, sondern erzeugt diese mittels Kondensatoren und Widerstände. Daher ist er sehr oberwellenreich und soll daher auch begrenzt als Prüfsender in Röhrenradios verwendet werden können. Das habe ich allerdings noch nicht ausprobiert. Mir geht es jetzt erstmal auch um die Messung mit dem Oszilloskop. Prüfsender ist ja ein großer vorhanden. Die Funktionalität als Prüfsender werde ich aber ggf. noch probieren.

   

   

Als erstes habe ich nun mal die Spannungen soweit eingestellt. Wenn ich nun mit dem Oskar in Tasterstellung x10 die Anoden der beiden Triodensysteme der ECC81 abgreife, so sehe ich nun ein mehr oder weniger gutes Rechtecksignal.

   

Lege ich nun eine Last an den Ausgang (in meinem Fall einen 4Ohm-LS) dann erhalte ich an der einen Anode ein besseres Rechteck, als vorher und an der Anode mit Last einen sauberen Sägezahn.

   

   

Warum allerdings die Schaltung Multivibrator heißt, weiss ich nicht, viel einstellen kann man hier nicht. Vielleicht weil er so einfach und vielseitig einzusetzen ist?

Fakt ist aber, wer noch keine Erfahrungen mit dem Oszilloskop hat, weiss jetzt, wie ein Rechteck- und Sägezahn-Signal aussieht und wie es sich anhört.

Für die Profis wird das total langweilig sein, aber für Anfänger und einfach zum entspannten Basteln und spielendem Lernen vielleicht ein nützlicher Zeitvertreib. Viel Spaß beim Nachbauen.

[Opa.Wolle †]

Hallo Philipp,
ich liebe solche Basteleien!
"Die Funktionalität als Prüfsender werde ich aber ggf. noch probieren."
Na denn mal den Frequenzbereich vergößern und fremdmodulieren.

[Richard]

Hallo Philipp,
hast du deinen Tastkopf schon mal auf den Oszi abgeglichen?
Die Oszillogramme sehen so aus wie wenn der Tastkopf nicht abgeglichen wäre.
Gruß Richard

[scotty †]

Die Schaltung ist eine klassische kreuzgekoppelte Anordnung von zwei Schaltstufen. Ausführlich bezeichnet heißt sie astabiler Multivibrator, weil sie sich selbst erregt und von selbst schwingt, im Gegensatz zum monostabilen Multivibrator (modern Monoflop bezeichnet), der auf ein Auslösesignal hin einen Ausgangsimpuls abgibt, dessen gewünschte Breite durch ein RC- Glied bestimmt wird. Der Dritte im Bunde ist der bistabile Multivibrator (modern Flipflop bezeichnet), der jeweils einen Auslöseimpuls am "Einschaltglied" (Röhre) zum Einschalten und einen Impuls am anderen Schaltglied zum Ausschalten benötigt.
Der RC- gekoppelte Multivibrator ist ein typischer Verteter der NF- Prüfmittel. Die vorgestellte Schaltung dient, grob gesagt, der Prüfung von NF- Teilen in Radios oder NF- Verstärkern. 600Hz, auch 800Hz und 1KHz, sind typische NF- Prüffrequenzen.
Als HF- Generator ist die Schaltung nicht geeignet, da die ganze Sache nicht im geringsten frequenzstabil ist.
Philipp, bitte nicht das Teil mit einem niederohmigen Lautsprecher quälen. Für solch hohe Lasten ist die ECC81 eben nicht ausgelegt. Logischerweise bricht dann die Ausgangsspannung zusammen, die Kurvenform wird "vereumelt" und die Frequenz ändert sich, weil der Lastwiderstand ein Teil des frequenzbestimmenden RC- Gliedes ist.
Bei einer Belastung von ca. 50KOhm bis 1MOhm dürfte sich eine saubere Rechteckspannung mit einem, für die Prüfung von NF- Stufen, ausreichendem Pegel einstellen.

[tcfkat]

Hallo Philipp,

schöner Aufbau, und dass Deine Frau Dir bei der Mechanik hilft ist ja wohl ziemlich cool!

Zu der Nomenklatur kann Wikipedia helfen, kurz gesagt gibt es drei Typen:
- astabiler Multivibrator: Das Ding was Du vor Dir hast. Einfach "Multivibrator" ist eine Verkürzung.
- monostabiler Multivibrator (Monoflop): fällt automatisch nach einer gewissen Zeit in den Grundzustand zurück, so wie ein Treppenlichtautomat. Prominentes Beispiel ist das IC NE555, das meistverkaufte IC der Welt, das aber auch als astabiler und bistabiler Multivibrator beschaltet werden kann.
- bistabiler Multivibrator (Flip-Flop): In diversen Ausführungen (D/RS/JK/T) Grundlage der Digitaltechnik und millionenfach in Deinem Rechner.

Von Diefenbach habe ich schon öfters gehört, leider habe ich noch kein Buch von ihm. Es gibt auch die nette Schaltung eines Signalverfolgers mit ECC83, veröffentlicht in einem Buch von Bernhard Pabst. Ist dann eine sinnvolle Ergänzung zum Multivibrator um Fehlersuche zu betreiben.

Die negative Flanke am Ausgang kommt übrigens folgendermaßen zustande, dazu erst etwas zur Funktion: Die beiden Trioden sperren sich abwechselnd gegenseitig. Nehme ich z.B. an dass Triode 1 leitet (Anode auf niedrigem Potenzial), so wird über C2 eine negative Spannung an das Steuergitter der Triode 2 gelegt. Diese sperrt, die Anode liegt auf Anodenspannung und C1 wird über R1 geladen. Am Steuergitter der ersten Triode liegt eine leicht positive Spannung, was Triode 1 weiterhin leitend macht. Irgendwann ist C1 jedoch soweit aufgeladen dass das Steuergitter der Triode 1 negativ wird, diese zu sperren beginnt und die Anodenspannung ansteigt. Dadurch wird über C2 sofort Triode 2 leitend, deren daraufhin sinkende Anodenspannung über C1 zur kompletten Sperrung der Triode 1 führt. Das Spiel wiederholt sich jetzt mit der zweiten Triode.
Weil der Kondensator positiv geladen war und das Gitter negative Spannungen nicht ableiten kann sieht man eben diese negative Spitze am Ausgang. Ist exakt derselbe Effekt bei Multivibratoren mit Transistoren.

Welche Röhre nach dem Einschalten zuerst leitet respektive sperrt bzw. wieso die Schaltung überhaupt startet ist rein zufällig und bedingt durch Rauschen und Exemplarstreuung, also geringfügige Unterschiede der elektrischen Daten der beiden Röhrensysteme.
Übrigens gibt es theoretisch noch einen Deadlock, eine "Verklemmung" (fürchterliche Eindeutschung!): Wenn beide Röhren sperren und beiden Kondensatoren aufgeladen sind kann das oben genannte Wechselspiel nicht mehr starten. In der Praxis gibt es aber immer äußere Einflüsse und leichte Störungen, die das Schwingverhalten starten.

Sorry, ist länger geworden als beabsichtigt.

Gruß,
Eric

Edit: Hat sich mit Wolfram überschnitten

[Vagabund]

Erst einmal vielen Dank für Eure Antworten.

@Richard
Der Tastkopf ist sogar sehr gut abgeglichen. Habe es gerade nochmals geprüft und musste nicht nachstellen.

@Wolfram
Vielen Dank für die technischen Ergänzungen, die ich ja bekanntlich immer sehr interessant finde. Wieder was gelernt! Da hast Du auch recht, frequenzstabil ist die ganze Sache nicht im Geringsten, habe ich ja schon erwähnt, alles, was man "anklemmt", verändert sofort die Frequenz und auch das Aussehen der Frequenz, wie oben schon gezeigt.

Mir ist auch klar, dass es sich hier nicht um ein professionelles Mess- oder Prüfgerät handelt, soll es auch nicht, sondern meine Vorstellung hier ist eigentlich eher nur zum Rumspielen gedacht, mir geht es hier eher weniger um das professionelle Messen, sondern eher um das Basteln und "spielende Lernen".

Dazu aber noch ein Zitat aus der Bastelpraxis:

Beim Empfängerbau erweisen sich ferner eine Tonfrequenz- und eine Hochfrequenzquelle als sehr nützlich. Für unsere Zwecke ist der Multivibrator wegen des einfachen und billigen Aufbaues besonders praktisch. Die Multivibrator-Schaltung (siehe oben) mit der Röhre ECC81 verzichtet auf Schwingkreise und verwendet Kondensatoren und Widerstände als frequenzbestimmende Glieder. Die Schwingungen sind nicht sinusförmig, sondern sehr oberwellenreich. Bemißt man C1, C2 und R1, R2 so, daß die Grundfrequenz in den Tonfrequenzbereich fällt, so entstehen Oberwellen bis etwa 20 MHz. Jede Oberwelle ist gewissermaßen mit der Grundfrequenz moduliert. Im Empfangsgerät können wir daher ein gleichmäßiges Senderspektrum aufnehmen. Es eignet sich für die Überprüfung von AM-Empfängern im HF- und Tonfrequenzteil und auch für den Abgleich von Geradeausempfängern. Bei dem im Schaltbild angegebenen Widerstands- und Kondensatorwerten erhalten wir eine Grundfrequenz von etwa 600 Hz. Der Aussenwiderstand des zweiten Triodensystems ist veränderlich (P1, 5k) und arbeitet als Lautstärkeregler.

Quelle: RPB 79, Diefenbach, Bastelpraxis, S. 140/141

Wie gesagt und von Wolfram beschrieben, zum Abgleichen würde ich das Gerätchen nicht nehmen. Trotzdem würde mich interessieren, in wie weit der Multivibrator in einen Antenneneingang "reinbläst".

Edit: Ergänzung.
Danke auch an Eric, auch hier wieder sehr verständlich erklärt. Ich finde solche Beiträge klasse, das macht mir richtig Spaß.
Meine Frau ist im Handwerk tätig, ausserdem Stapler- und Motorsägen-Schein. Man Ich kann sie schon sehr gut brauchen, nur vor dem Anhänger-Fahren drückt sie sich (noch) erfolgreich.

[scotty †]

Steht doch in dem Zitat: "... Oberwellen bis 20MHz..."

[Vagabund]

Klar, theoretisch für Könner leicht, aber ich hab noch nicht gesehen bzw. gehört, was dann hinten raus passiert...
Um z.b. die ZF zu erreichen, müsste man aber dann auch noch die untere Frequenz anpassen. Sehe ich das richtig?
Rein rechnerisch müsste ich um die ca. 300 und 600 kHz Oberwellen haben, (Ergebnisse aus dem Kopf gerundet, 307kHz, 614kHz), wenn ich eine Grundfrequenz von um die 600 Hz habe.

Wenn ich jetzt weiter denke und statt den Kondensator einen Drehko einbauen würde, könnte ich doch dann die Frequenz kapazitiv ändern können?

[tcfkat]

Hallo Philipp,

bei nicht korrekt abgeglichenem Tastkopf wären die Überschwinger symmetrisch, sind sie aber nicht. Bist Du aber sicher an der Anode gemessen zu haben? Das sieht mir eher nach der Spannung am Gitter aus.

Wenn der Ausgang lastunabhängig sein soll müsstest Du noch eine Röhre dahinter schalten, zum Entkoppeln. Z.B. eine Triode in Anodenbasisschaltung, also Anode direkt an Anodenspannung, Gitter am Ausgang des Multivibrator und Ausgangspoti zwischen Kathode und Masse.

Was die Oberwellen angeht, siehe Dir mal die spektrale Verteilung einer Rechteckschwingung mittels Fourier-Analyse an. Es werden zwar nur ungerade Oberwellen erzeugt, aber theoretisch unendlich viele. Natürlich nimmt die Amplitude der Oberwellen immer weiter ab je höher sie sind.
Ist aber wie bei einer PLL, wenn die Grundwelle schwankt dann schwanken die Oberwellen prozentual gleich. Schwankt die Grundfrequenz um nur 1% so schwankt auch die Oberwelle in der Nähe der ZF um 1%, was in absoluten Zahlen bei 470 kHz also 4,7 kHz ausmacht.

Gruß,
Eric

[Martin]

Wenn ich jetzt weiter denke und statt den Kondensator einen Drehko einbauen würde, könnte ich doch dann die Frequenz kapazitiv ändern können?

dazu müßtest du erstmal einen Doppel-Drehko auftreiben der keine gemeinsame Masse hat, oder 2 einzelne. Hier sei noch gewarnt davor daß die dann hohe Spannung am Gehäuse führen können, d.h. isoliert und mit Isolierachsen montieren.

Sind sie separat verstellbar hast du einen für die Tast- und den anderen für die Pausenzeit. Das Drehkogehäuse verbindest du jeweils mit dem Gitter, NICHT mit der Anode. Sicher ist sicher.
Ich schlag noch folgenden Versuch vor: Kathoden mal von Masse ablöten und je 2 Siliziumdioden da reinlegen (mit K an Masse) , 1N4004 o.ä. , so kriegt die eine Vorspannung von etwa einem Volt was der Amplitudenform sehr guttun könnte.

lG Martin

[Vagabund]

Ich bin mit Eric gerade rege am Lernen und Beschäftigen mit der Schaltung, sehr interessant. Dabei geht es um die extrem negative Spitze am Ausgang. Eric hat mir das erläutert, warum das so ist. Ich versuche mal zu resümieren. Der Arbeitspunkt der ECC81 liegt bei ca. 4mA, wodurch am Arbeitswiderstand die 20V (Plan) abfallen. Im Zeitpunkt des Umschaltens der beiden Systeme wird von dem Kondensator positive Spannung auf das Gitter gegeben, wodurch kurzzeitig der Anodenstrom größer als 4mA wird, die Anodenspannung bricht ein.

Ich hoffe, Eric, ich hab das jetzt so richtig verstanden und wiedergegeben.

Um das zu bestätigen, bat mich Eric, mal je eine 1N4148 vom Gitter auf Masse zu löten, um die positive Spannung im Moment des Entladens des Kondensators nach Masse abzuleiten, das Resultat ist folgendes und bestätigt Eric.

   

[Franz Bernhard]

Hallo,

mit so einer Schaltung habe ich mich auch mal beschäftigt. Allerdings wollte ich eine deutlich niedrige Frequenz einstellen, so 1 Schaltung pro min. Ich bin dann aber schnell davon abgekommen, weil ich NE555 dafür verwendet habe.

Allerdings interesseriert mich schon, welche Grennzen mit einer solchen Schaltung erreichbar sind. Was ist die kleinste Frequenz, die mit verfügbaren Mittels erreichbar ist. Was ist die höchste Frequenz?

Wenn ich das Teil z.B. bei 10,7 MHz betreiben will und zur Stabilisierung einen Quarz schalte, wie sähe das Ganze dann aus?

Und dann noch: Wenn ich aus dem Rechtecksignal ein Sinussignal machen will, muss ich einen Kondensator zu schalten? Ja, aber wie? ...und was passiert mit den Oberwellen?

[scotty †]

Hallo Franz Bernhard,
ein Multivibrator ist von seinen Eigenschaften kein Sinusgenerator sondern ein Schaltoszillator und liefert immer als Grundkurvenform ein Rechteck. Wo und wie willst Du einen Quarz, der seinerseits ein elektromechanisches Schwinggebilde darstellt, in die Multivibratorschaltung einfügen???
Einen Quarz brauchst Du nur in eine Schwingschaltung mit einer Röhre/ Transistor, wie Hartley oder Colpitts- Schaltung einzufügen, und schon kriegst Du eine saubere Sinusschwingung ohne Oberwellen raus, bei einem 10,7MHz- Quarz eben 10,7MHz.

[tcfkat]

   

Mensch Philipp,

das wäre mein Text gewesen! Ist alles richtig so. Ich habe die Schaltung mal modifiziert, siehe oben.

Kurzfassung:
Die Spitzen sollten weg sein, d.h. ein sauberer Rechteck heraus kommen -- natürlich hat der immer noch viele Oberwellen, wie jeder Rechteck. Zusätzlich ist die Frequenz über das Stereo-Poti P2 einstellbar. Der Ausgang ist immer noch relativ hochohmig und bricht bei Belastung ein, wenn man das nicht möchte muss noch eine Stufe dahinter geschaltet werden.

Langfassung:
Ich schrieb in Beitrag #5 dass sich die Trioden gegenseitig sperren, das ist nicht ganz richtig. Dazu ein Grundlagen-Exkurs: Normalerweise wird der Arbeitspunkt einer Röhre dadurch eingestellt dass das Gitter negativ gegenüber der Kathode ist. In z.B. einer NF-Endstufe liegt das Gitter aber über einen Gitterableitwiderstand (wie 1M) auf Masse. Die Kathode liegt aber nicht direkt auf Masse, sondern über einen relativ niederohmigen Kathodenwiderstand. Durch den Kathodenstrom entsteht ein Spannungsabfall an diesem Kathodenwiderstand, die Kathode wird positiv gegenüber Masse, d.h. das Gitter ist wie gewünscht negativ gegenüber Kathode. Dieser Arbeitspunkt stabilisiert sich automatisch, steigt der Kathodenstrom so steigt der Spannungsabfall am Kathodenwiderstand, das Gitter wird negativer gegenüber Kathode und der Arbeitspunkt bleibt stabil.
Hier in der Schaltung des astabilen Multivibrators gibt es keinen Kathodenwiderstand, die Gittervorspannung ist somit null Volt. Jede Triode müsste "Vollgas" geben und die Anode ein ziemlich niedriges Potenzial haben. Durch die relativ niederohmigen Anodenwiderstände von 5k liegen dort aber 160V an (bei 180V Anodenspannung), einfach weil die ECC81 nicht mehr Strom liefern kann. Nachrechnen ergibt einen Anodenstrom von ca. 4mA, das deckt sich mit den Angaben des originalen Schaltplanes.
Beim Umschalten des Multivibrators, wenn z.B. Triode 1 sperrt und somit deren Anodenspannung steigt, wird über den Koppelkondensator auf das Gitter der anderen Triode eine positive Gitterspannung angelegt. Dadurch verändert sich der oben genannte Arbeitspunkt, der Anodenstrom steigt über 4mA, infolge sinkt die Anodenspannung unter die 160V. Das ist die negative Spitze, die man am Ausgang sehen kann.
Um diese zu verhindern muss positive Spannung am Gitter verhindert werden. In der modifizierten Schaltung wird das durch die Dioden D1/D2 respektive D3/D4 verhindert.
Die Frequenz des Multivibrators wird hauptsächlich durch C1/C2/R1/R2 bestimmt. Macht man die Gitterableitwiderstände durch ein Stereo-Potenziometer veränderbar kann man leicht die Frequenz einstellen.



Die modifizierte Schaltung ist nicht getestet! Sollte eigentlich funktionieren, es könnte aber sein dass es Anschwingprobleme gibt.

Gruß,
Eric

[Vagabund]

Eric, natürlich waren das Deine Worte, werden sie auch bleiben. Für sowas fehlt mir noch reichlich Schmalz im Hirn, aber ich hab ja noch Zeit zum Lernen.
Bis auf das Stereo-Poti und die zusätzlichen 1N4148, die ich gerade nicht da habe, ist das eigentlich nur noch der 1M am Ausgang. Den 10nF-Koppel-C am Ausgang habe ich glaub auch grösser dimensioniert.

[tcfkat]

Philipp, ich meinte ich hätte es auch nicht anders formuliert!
Der 1M am Ausgang ist der Paranoid-Widerstand, der sorgt dafür dass beim reihenweisen Abtasten von Schaltungspunkten keine hohe Gleichspannung an dem Auskoppelkondensator stehen bleiben kann die irgendwelche Schaltungsteile beschädigen kann -- beim Messen an Halbleiterschaltungen dringend zu empfehlen.

Gruß,
Eric

[Vagabund]

Aso
Na, das beweist doch nur, dass ich es wohl ein wenig verstanden habe, bzw. Du es gut erklärt hast.
Die fehlenden Teile werde ich mir mal zusammensuchen und bestellen. Ich möchte als nächstes einen kleinen Verstärker bauen, da werde ich einiges brauchen, dann bestelle ich die paar Kleinigkeiten gleich mit.
Also Eric, nochmals vielen Dank für Deine Mühe, Zeit, Tips, Hilfe!

[Franz Bernhard]

Hallo Franz Bernhard,
ein Multivibrator ist von seinen Eigenschaften kein Sinusgenerator sondern ein Schaltoszillator und liefert immer als Grundkurvenform ein Rechteck. Wo und wie willst Du einen Quarz, der seinerseits ein elektromechanisches Schwinggebilde darstellt, in die Multivibratorschaltung einfügen???
Einen Quarz brauchst Du nur in eine Schwingschaltung mit einer Röhre/ Transistor, wie Hartley oder Colpitts- Schaltung einzufügen, und schon kriegst Du eine saubere Sinusschwingung ohne Oberwellen raus, bei einem 10,7MHz- Quarz eben 10,7MHz.

Hallo Wolfram,

damit ist aber auch klar, das die hier diskutierte Multivibratorschaltung für den Zweck als "Hochfrequenzquelle" nur eingeschränkt zu gebrauchen ist. Meine Erwartungen, aus gelöst durch die Erläuterung im Diefenbach, müssen damit deutlich zurückgeschraubt werden. Der Aufwand, der bei anderen Prüfsendern ist durchaus gerechtfertigt.

[scotty †]

Franz Bernhard,
genauso ist es. Für die schnelle Kontrolle eines Radios insgesamt, auch des HF- ZF- Teils, kann man das Ding durch sein breites Spektrum an Oberwellen gut gebrauchen. Aber nur für "...piept--- ist gesund, piept nicht--- Radio krank!"
Maximal kann man durch das Antasten der Stufen nacheinander feststellen, ab welcher Stelle das Signal durchkommt. Wenn man von "hinten" her, also beginnend von den NF- Stufen, das Signal einspeist, kann man durch Vorarbeiten in Richtung Antenne leicht die Stelle finden, ab der es "duster" wird. Und da der Multivibrator neben der NF- Grundschwingung auch ein breites HF Spektrum erzeugt, kann man alle Stufen eines Radios, und sogar ggf. Fernsehers (z.B. DDR- Prüfstift "ToBiTest800") auf Funktion testen.
Der Multivibrator ist also ein sehr effektives Prüfmittel, aber kein Messgerät!

[Martin]

hinzu kommt die röhrentypische Unkaputtbarkeit, das ist oft sehr nützlich.
Wo unser Vagabund sich noch mit beschäftigen könnte wär vagabundierende HF... manchmal piepts auch nebenan

lG Martin