📒 Öffentliche Notizen

Osziallatorschaltungen

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Oszillatorschaltungen sind elektronische Schaltungen, die periodische Signale erzeugen. Man benötigt sie sowohl für Sender, wie auch für Empfänger. Aber auch in der allgemeinen Elektrotechnik regelmäßig. Mit diesen Schaltungen ist es möglich, Sinusförmige, rechteckige oder dreieckige Wellenformen zu erzeugen.

Grundlagen

Für den Aufbau einer Oszillatorschaltung gibt es drei wichtige Elemente, die dafür notwendig sind.

  • Ein verstärkendes Bauelement
  • Ein frequenzbestimmendes Bauelement
  • Und die positive Rückkopplung des Ausgangssignals auf den Eingang.

Für diese Elemente gibt es jeweils verschiedene Möglichkeiten, wie diese in einer Oszillatorschaltung umgesetzt werden. Als verstärkendes Bauelement könnte eine Transistorschaltung verwendet werden, oder aber auch eine Röhre. Als frequenzbestimmendes Bauelement könnte ein Quarz oder aber ein LC-Schaltkreis verwendet werden.

Dabei wirken die Oszillatorschaltung selbst als eine selektiver Verstärker, der im Idealfall nur eine einzige Frequenz verstärkt. Da man diese meist verändern möchte, wird häufig ein Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) dafür verwendet. Da ein häufiges Problem die Temperatur ist, wird dabei häufig eine Temperarturkompensation von Oszillatoren berücksichtigt.

Spannungsveränderung der Versorgungsspannungen haben auch einen Einfluss auf die Frequenzstabilität, und verursachen sogenannte Chirps. Diese entstehen, wenn die Versorgungsspannung, meist während des Sendevorgangs, einbricht.

Rückkopplung

Bei der Rückkopplung wird ein Teil des Ausgangssignal, wieder auf den Eingang der Verstärkerschaltung zurück gekoppelt. Dies muss in der korrekten Phasenlage passieren (um eine Verstärkung zu erreichen), und die Amplitude muss mindestens der vorherigen Amplitude entsprechen.

Die Frequenzbestimmung der Oszillatorschaltung geschieht dadurch, dass das die frequenzbestimmende Schaltung im Rückkopplungszweig des Verstärkers ist. Somit werden nur diese Frequenzen zurück an den Eingang gegeben und verstärkt.

Gleichstromversorgung

Oszillatoren müssen gegen die Rückkopplung der HF-Signale einer Gleichstromversorgung geschützt werden.

Grundlegende Schaltungen

Es gibt drei bekannte Grundschaltungen von Oszillatorschaltungen. Diese wurden nach ihren Entwicklern benannt.

Colpitts-Oszillator

Der Colpitts-Oszillator verwendet Induktivitäten und Kondensatoren zur Frequenzabstimmung. Hier sind zwei Kondensatoren, die sich in Reihe befinden, parallel zu einer Spule geschalten. Der Abgriff erfolgt zwischen den Kondensatoren.

Hartley-Oszillator

Auch der Hartley-Oszillator verwendet Induktivitäten und Kondensatoren zur Frequnezabstimmung. Bei dem Hartley-Oszillator wird der dritte Punkt der Schaltung in der Mitte (?) der Spule abgegriffen.

Meißner-Oszillator

Weiterführendes

In dem Kapitel werden z.B. Ringoszillatoren, mit deren Hilfe man rechteckssignale erzeugen kann nicht weiter berücksichtigt.

Referenzen

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Typen von Oszillatorschaltungen

  1. RC-Oszillator: Verwendet Widerstände (R) und Kondensatoren (C) zur Phasenverschiebung und Frequenzbestimmung. Bekannte Typen sind der Wien-Brücken-Oszillator und der Phasenverschiebungsoszillator.

  2. LC-Oszillator: Verwendet Induktivitäten (L) und Kondensatoren (C) zur Frequenzbestimmung. Beispiele sind der Colpitts-Oszillator und der Hartley-Oszillator.

  3. Kristalloszillator: Verwendet einen Quarzkristall zur Frequenzstabilisierung, bekannt für ihre hohe Frequenzgenauigkeit und -stabilität.

  4. Ringoszillator: Besteht aus einer ungeraden Anzahl von Invertern in einer Rückkopplungsschleife und erzeugt typischerweise rechteckige Wellen.

Anwendungen

  • Kommunikation: Trägerfrequenzen für Sender und Empfänger.
  • Signalgeneratoren: Erzeugung von Testsignalen für die Elektronikentwicklung und -prüfung.
  • Uhren: Quarzoszillatoren sind in Uhren und Computern zur Zeitmessung und Taktsignalerzeugung weit verbreitet.
  • Musikinstrumente: Elektronische Klangerzeugung in Synthesizern.

Beispiele für Oszillatorschaltungen

  1. Wien-Brücken-Oszillator: Berühmt für seine Fähigkeit, saubere Sinuswellen zu erzeugen, verwendet eine Wien-Brücke zur Frequenzbestimmung und eine Glühbirne zur Stabilisierung der Verstärkung.
  2. Colpitts-Oszillator: Ein LC-Oszillator, der Kapazitäten zur Frequenzbestimmung nutzt und in Hochfrequenzanwendungen eingesetzt wird.
  3. 555-Timer-Oszillator: Ein vielseitiger Timer-IC, der in Astabil-Modus konfiguriert werden kann, um Rechteckwellen zu erzeugen.

Stabilität und Genauigkeit

Die Stabilität eines Oszillators hängt von den verwendeten Komponenten und der Schaltungsarchitektur ab. Kristalloszillatoren sind bekannt für ihre hohe Frequenzgenauigkeit und -stabilität, während RC- und LC-Oszillatoren anfälliger für Temperatur- und Bauteiletoleranzen sind.

Puffer

Ein Oszillator wird im Regelfall an eine Pufferstufe angeschlossen, um die Frequenz zu stabilisieren, eine Impedanzanpassung durchzuführen und Rückkopplungen zu vermeiden.

Anwendung von Tastköpfen

Da eine Veränderung der Kapazitäten im Rückkopplungszweig auch dazu führen würde, dass sich die Frequenzen verschieben, muss man bei der Verwendung eines Tastkopfs aufpassen, wo man diesen anschließt. Misst man direkt am Ausgang der Oszillatorfrequenz, so verändert die Kapazität des Tastkopfs die Frequenz. Hierfür ist es sinnvoll und notwendig, die Frequenz erst nach einer Pufferstufe zu messen.

Fazit

Oszillatorschaltungen sind entscheidend für viele elektronische Anwendungen. Das Verständnis der verschiedenen Typen und deren Funktionsprinzipien ist grundlegend für die Entwicklung und Anwendung elektronischer Geräte.

Disclaimer

Große Teile des Textes wurden mit Hilfe von KI erstellt.

Quellen

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Backlinks