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Moin,

ich habe eine Verständnisfrage zu dem Artikel

» "Das RS-Flipflop und die elegante Entstörung
RS-Flipflop mit Opamp"

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/rsff1.htm


Auf etwa der Hälfte des Artikels,
Kapitel "Auto-Reset-Zusatz",
und dort der 5. Absatz "Zurück zu Teilbild 3.1:"
heißt es:

"...Es ist tatsächlich der Fall, dass die Ausgangsstufe eines solches NAND-Gatters zum Oszillieren neigt, wenn am Eingang etwa +Ub/2 vorliegt....Bei einer R2*C2-Zeitkonstante von einer Sekunde beträgt die Oszillationsdauer beim Durchgang von +Ub/2 (5V/2) nur gerade etwa 20 ms. Wenn +Ub = 12 VDC sind es etwa 50 ms...."

Es mag ein recht simpler Zusammenhang sein, der einen auf diese Ergebnisse kommen lässt, meinem Grundwissen fehlt es aber offensichtlich an einem Aspekt um die Erkenntnislücke zu schließen.

Wie komme ich von der Zeitkonstanten auf diese spannungsabhängigen Zeitfenster der Schwingungsdauer, die bei 2% bzw. 5% der Zeitkontanten liegen, jedoch linear mit der Spannung steigen?

Ich stehe leider auf dem Schlauch und finde grad den Formelbezug nicht.
Es ist für mich nicht elementar, wurmt mich jedoch, hier ein Brett vor dem Kopf zu haben.

Danke im Voraus für eine Antwort.

Questor

Hallo
Die Oszillationsdauer hängt von der Spannungssteilheit der Ausgangsspannung des Operationsvertärker ab, und diese ist vom Typ des verwendeten Bauteils abhängig.
dU/dt findet man im Datenblatt und es ist logisch, dass die Zeit mit der Betriebsspannung steigt, weil der Gesamthub ja auch grösser wird.
Mit vielen freundlichen Grüssen Thomas

» "...Es ist tatsächlich der Fall, dass die Ausgangsstufe eines solches
» NAND-Gatters zum Oszillieren neigt, wenn am Eingang etwa +Ub/2
» vorliegt....Bei einer R2*C2-Zeitkonstante von einer Sekunde beträgt die
» Oszillationsdauer beim Durchgang von +Ub/2 (5V/2) nur gerade etwa 20 ms.
» Wenn +Ub = 12 VDC sind es etwa 50 ms...."
»
» Es mag ein recht simpler Zusammenhang sein, der einen auf diese Ergebnisse
» kommen lässt, meinem Grundwissen fehlt es aber offensichtlich an einem
» Aspekt um die Erkenntnislücke zu schließen.
»
Ein normales Logikgatter wie das hier eingesetzte NAND-Gatter erkennt am EIngang entweder den Pegel "Low" (L) oder "High" (H). Dazwischen befindet sich noch ein Spannungsbereich, für den der Eingang quasi "undefiniert" ist - dieser Bereich sollte vom EIngangssignal mit der für die jeweilige Logikfamilie spezifizierten möglichst kurzen Schaltzeit durchlaufen werden. Hier in der Schaltung wird dem Eingang aber ein Analogsignal - nämlich die zeitliche Änderung der Ub - angeboten. Aus Sicht des Gatters läuft diese Spannung jetzt im Schneckentempo durch den undefinierten Bereich zwische H und L. Das liegt ausserhalb der Spezifikation des Gatters und kann zu Fehlfunktionen - wie hier den Schwingungen - führen. Diese Schwingungen sind daher nicht spezifiziert oder exakt berechenbar, da diese Betriebsart zu vermeiden ist.
Nur spielt das hier keine Rolle, wenn es bei einer Impulslänge im Bereich einer s irgendwo 20ms schwingt. Korrekterweise wäre an dieser Stelle (wie ja auch beschrieben) ein Gatter mit Schmitt-Trigger Eingang zu verwenden. Dessen Eingang bewirkt, dass das Gatter auch bei langsamer Änderung der Eingangsspannung genau an einem definierten Schaltpunkt schlagartig schaltet. Damit jetzt z.B. durch Rauschen auf der Eingangsspannung das Gatter am Schaltpunkt nich schnell hin und her schaltet, haben die Schaltpunkte für "ein" und "aus" einen spannungsmässigen Abstand - Hysterese genannt.

Vielen Dank für die ausführliche Antwort.

Dass langsame Zustandswechsel nicht unbedingt vorteilhaft, ja sogar destruktiv sein können, ist mir bekannt.
Ich nutze daher, wie vorgeschlagen, nach Möglichkeit in der Tat für meine CMOS-Schaltungen für alle Fälle Familien mit Schmitt-Trigger-Eingängen.
Da ich im zweistelligen MHz-Bereich arbeite, versuche ich die Signale und Laufzeiten zusätzlich zu optimieren, bin also eh im Nanosekunden-Bereich.

Allerdings ging es mir in der Tat, um die so gut wie möglich zu konkretisierende Angabe der 20 und 50ms in dem Beispiel - im Idealfall mit den zugehörigen Zahlen.

Leider konnte ich in den verlinkten Datenblättern zum 74HC00 und CD4011B keine dU/dt-Angaben finden, um sogleich die neu gelesenen Erkenntnisse auf die Probe zu stellen...

Bisher scheinen mit die Zeitangaben nur empirisch zu sein - sind dafür aber auch wieder zu konkret.

Ich weiß, ich habe in dem einen oder anderen meiner IC-Datenblätter dU/dt-Angaben gesehen - konnte sie jetzt aber grad nicht finden.

Wie ihr sehen könnt, geht es mir weniger um das große Ganze, als prinzipiell nur um dieses Detail, welches ich selektiv und fundiert meinem Verständnis hinzufügen möchte.

Beste Grüße

Hallo Thomas,

Ich bedanke mich vielmals für die prompte Reaktion.

Wie ich Hartwig weiter unten geschrieben habe, würde mir ein konkretes Beispiel, welches zu diesen Zahlen führt
sehr helfen, um die Herangehensweise zur näherungsweisen Berechnung zu verstehen.

In den zu Beispiel gehörigen Datenblättern finde ich diese Werte - zumindest nicht direkt - abgebildet.

Beste Grüße

»
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» Leider konnte ich in den verlinkten Datenblättern zum 74HC00 und CD4011B
» keine dU/dt-Angaben finden, um sogleich die neu gelesenen Erkenntnisse auf
» die Probe zu stellen...

Die Angaben findet man bei flankengetriggerten Schaltkreisen.
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» Bisher scheinen mit die Zeitangaben nur » » empirisch zu sein
Die sind ja auch auf die geschilderte Anwendung bezogen, also auch auf die Beschaltung des ICs.

» - sind dafür aber
» auch wieder zu konkret.
Es geht hier ja auch nur um diese Schaltung...

Die Schwingung beruht ja nicht auf einer Rückkopplungsschleife vom Ausgang auf den Eingang des ICs, sie wird also im Ausgangsbereich der Schaltung entstehen. Um die Schwingungserzeugung rechnerisch nachzuvollziehen, müsste man die Bauelemente dieses 'Oszillators' identifizieren, einschließlich parasitärer Kapazitäten etc. Die Werte dafür sind aber nicht angegeben, diese aus den Datenblatt des Gatters abzuleiten, dürfte auch nur grobe Anhaltspunkte liefern. Wie Thomas auch schrieb, spielt auch die Beschaltung des Gatters eine Rolle. Außerdem würde es mich nicht wundern, wenn es auch herstellerspezifische Unterschiede gibt.