CD 4047 Mono- / Astabiler Multivibrator
Beim stöbern in meinen Bauteilkisten bin ich vor kurzem auf eine schon ältere, aber immer noch nützlich Integrierte Schaltung gestoßen. Der Schaltkreis CD4047, MOS 4047 o.ä. ist ein Mono- / Astabiler Multivibrator. 
Sicherlich kann man diese Kippstufen auch mit einem NE 555 o.ä. aufbauen, aber das schöne an dieser IS ist, das sich mit nur zwei zusätzlichen Bauteilen einem Widerstand und einem Kondensator diese Kippstufen aufbauen lassen. Aus diesem Grund dachte ich mir, das dieser Schaltkreis einen näheren Blick verdient hat.
Der Schaltkreis kann schon mit einer Betriebsspannung von 3 Volt betrieben werden, somit passt er auch durchaus in heutige Schaltungsdesigns, die maximale Betriebsspannung beträgt 15 Volt.
Astabiler Multivibrator
Für einen „frei laufenden“ Astabilen-Multivibrator müssen laut Datenblatt die Pins 4, 5, 6 und 14 auf High-Pegel und die Pins 7, 8, 9 und 12 auf Low-Pegel gelegt werden (siehe Abbildung 2). Jetzt fehlen nur noch die zwei Frequenz bestimmenden Bauteile und fertig ist der ganze Zauber, genau diese bestechende Einfachheit im Umgang mit dieser IS war es die mich neugierig machte. Wie lange diese IS sein kümmerliches Dasein in der Bastelkiste fristete kann ich gar nicht mehr sagen, aber das ist nun vorbei sie wurde ins Licht gerückt.
Kommen wir nun zur Bestimmung der Frequenz bestimmenden Bauteile. Das Datenblatt gibt für die Zeit TA (Zeitdauer die der Oszillator auf High-Pegel liegt) die folgende Formel an:
Die Frequenz berechnet sich ja bekanntlich mit
wir wissen aus dem Datenblatt aber auch dass, das Puls/Pausen Verhältnis 50% beträgt, somit können wir für die Frequenz auch die folgende Formel verwenden:
Diese Formel gilt allerdings nur für die Ausgänge Q (Pin 10) und Q (Pin 11). Für den Ausgang OSC (Pin 13) wird die folgende Formel im Datenblatt angegeben:
Die Frequenz ergibt sich nach Formel 2, da die Frequenz des OSC (Pin 13) doppelt so hoch ist wie
die an den Pins Q und Q (siehe Abbildung 3) können wir zur Berechnung der Frequenz, am OSC-Ausgang, die folgende Formel anwenden:
Stellen wir die Formel 3 nach RC um, so erhalten wir die wohl am häufigsten benötigte Formel, die zur Bestimmung von R und C:
Hinweis: Für alle Formeln gilt, es fließen nur die Grundeinheiten, also Farad und Ohm, ein.
Die zuvor getroffene Aussage dass, das Puls/Pausen-Verhältnis 50% beträgt ist nicht ganz richtig, es ist vielmehr so das nur im günstigsten Fall das Tastverhältnis von 50% erreicht wird (siehe auch Abbildung 4 und Abbildung 5).
Wie zu erkennen ist unterscheiden sich beide Zeiten um etwa 0.01 ms, damit wäre also bewiesen das ein Puls/Pausen-Verhältnis von 50% nicht der Realität entspricht.
Der Oszillator kann auf zweierlei Art und Weise gestartet werden (siehe Wahrheitstabelle)
| Pin 9 | Pin 5 | Pin 4 | Aktion |
|---|---|---|---|
| L | L | H | Oszillator gestartet |
| L | H | L | Oszillator gestartet |
| H | x | x | Reset (Q = Low, Q = High) |
Beipielberechnung für eine Astabile-Kippstufe
Gesucht wird die Dimensionierung der Frequenz bestimmenden Bauteile R und C für eine Astabile-Kippstufe mit einer Frequenz von 2000 Hz.
f = 2000 Hz; R = 12 kOhm (muss immer ≥ 10kOhm sein)
Mit den Werten C = 4,7 nF und R = 12 kOhm ergibt sich für die Ausgänge Q und Q eine Frequenz von ≈ 2014,8 Hz.
Hinweis: Wird R vergrößert so verringert sich die Frequenz, wird C vergrößert so erhöht sich die Frequenz.
Anmerkung
- Im Astabilen Betrieb beträgt das Puls/Pausen-Verhältnis (Duty Cycle) etwa 50%.
- der Widerstand R muss ≥ 10 kOhm und ≤ 1 MOhm sein
- die Kapazität C muss ≥ 100 pF sein
- wird eine genau Frequenz benötigt, so sollten Widerstände mit einer geringen Toleranz oder ein Trimmpoti für den Abgleich verwendet werden.
Monostabiler Multivibrator
Die Abbildung 6 zeigt den Grundsätzlichen Aufbau einer Positiv-Flanken gesteuerten Monostabilen-Kippstufe mit dem CD4047. In Abbildung 7 ist ein Beispiel einer Negativ-Flanken gesteuerten Monostabilen
-Kippstufe dargestellt. Die (Abbildung 8) zeigt noch ein Beispiel für eine nachtriggerbare Monostabile-Kippstufe.
Nachdem nun die Grundschaltungen aufgezeigt sind kommen wir zu den Berechnungen. Allen gemeinsam ist die Berechnung der Impulsdauer in Sekunden nach den folgenden Formeln
Auch hier ist es genau wie bei der Astabilen-Kippstufe dass diese Werte nur für die Ausgänge Q und Q gelten, für den Ausgang OSC wird die nachfolgende Formel verwendet.
Anmerkung
- Beim „nachtriggern“ muss der Trigger-Impuls kürzer als die Zeitdauer des Monoflop-Impulses sein.
Das war eine kurze Einführung in die Funktion der IS CD4047, die, nach meiner Meinung, auch nach über 30 Jahren noch ihre Berechtigung hat. Zum Abschluss möchte ich noch eine kleine Anekdote zum besten geben.
In einer englischen Elektor Ausgabe aus dem Jahr 1974, habe ich für die IS CD4047 einen Preis von 1,65 Britischen Pfund entdeckt, nach dem damaligen Pfund → DM Kurs entsprach dies einem Preis von 9,98 DM oder 5,10 Euro. Heute kann man sie für sage und schreibe 0,27 Euro erstehen.
Da die dargestellten Schaltungen und Programme nur dem Grundverständnis dienen sollen, kann ich für die Funktion keine Gewähr übernehmen.
Wie üblich kann ich für Schäden die durch die Verwendung der hier veröffentlichten Schaltungen und Programme entstehen keine Haftung übernehmen.
Alle genannten und durch Dritte geschützten Marken- und Warenzeichen unterliegen uneingeschränkt den Bestimmungen des jeweils gültigen Kennzeichenrechts und den Besitzrechten der jeweiligen eingetragenen Eigentümer. Allein aufgrund der bloßen Nennung ist nicht der Schluss zu ziehen, dass Markenzeichen nicht durch Rechte Dritter geschützt sind!
