Hi zusammen! Habe schon etwas im Forum gestöbert, komme jetzt aber nicht mehr weiter. Ich möchte als Facharbeit im Fach Physik einen Frequenzgenerator bauen, am liebsten einen analogen. Der sollte eigentlich nichts weiter können, als eine Sinusspannung mit Frequenzen von 1Hz-1KHz auszugeben, Rechteck und Sägezahn wären kuhl aber nicht erforderlich. Sinn der Facharbeit ist es zu zeigen, dass man es schafft mit Bauteilen wie Kondensator und Spule saubere Schwingungen hervorzurufen, deswegen sollte das ohne Microchip funktionieren. Vom Physikalischen Standpunkt her weiß ich, wie es funktionieren würde, ich besitze aber leider keinerlei Vorkenntnisse auf dem Gebiet der Elektrotechnik, vor allem entzieht sich mir die Bedeutung der Bezeichnungen der Bauteile in einschlägigen Elektronikversandhäusern (Conrad, Reichelt...), deswegen baue ich ganz auf eure Hilfe. Der Schwingkreis sollte mithilfe einer Meißnerschaltung ungedämpft gehalten werden (außer ihr wisst ne bessere Schaltung) und da fängt schon das Problem an: - Wo bekomme ich 2 induktiv gekoppelte Spulen auf einem Ringförmigen Eisenkern her? Wenn ich die selbst baue, hab ich ja keine Ahnung ob die Induktivität passt? Treten mit Eisenkern Wirbelströme auf? Ist Ferrit besser? - Ich möchte außerdem die Frequenz über einen Trimmbaren Kondensator einstellen können, habe auch welche gefunden, die von 5-90pF gehen... wenn ich das mal ausrechne mit der Thomson-Formel komme ich für die Induktivität für 1 Hz auf ca. 25 mio Henry... was kann man da machen? Starke Kondensatoren in Reihe schalten? Wäre nett, wenn mir jemand, der sich auskennt, ein paar hilfreiche Ratschläge, vor allem was die Bauteile angeht, mitgeben könnte. Ich finde nämlich immer nur Drosselspulen... ich will aber nix drosseln!! Liebe Grüße David
Hallo mit LC direkt wird das wohl nix. Jedenfalls nicht abstimmmbar über den Bereich. Such mal nach Wien-Brücke. Aber auch da ist ein Abstimmbereich in einem Durchgang 1:1000 eher nicht. Wenn du Bereiche umschaltest wird es gehen.
> 5-90pF Wie willst du mit etwas, was 1:18 regelt, einen Bereich von > 1Hz-1000Hz schaffen? > Vom Physikalischen Standpunkt her weiß ich, wie es funktionieren würde, Nein. Offenkundig nicht. > Der Schwingkreis sollte mithilfe einer Meißnerschaltung ungedämpft gehalten werden (Sinus-)Oszillatoren haben immer das Problem, dass die Verstaerkung erst über 1 liegen muss (damit sie anschwingen) und dann exakt 1 sein muss (damit die Amplitude erhalten bleibt und nicht etwa immer größer wird bis sie in die Begrenzung kommt, dann ist es nämlich kein Sinus mehr sondern ein Rechteck). Leider verschlechtert jede Regelung die Sinuskurve, wenn du 1Hz machen willst, und deine Regelung greift in 1000 Sekunden, hast du schon einen Klirrfaktor von 0.1%. Daher sind Sinusoszillatoren schwer aufzubauen, und die kommerziellen verwenden Dreieck und Kurvenformung per Diodennetzwerk, wie XR2206 oder MAX038, mit einem nicht besseren Klirrfaktor. Heute ist das alles überflüssig, man spielt einen Sinuston per CD-Player der tausendmal besser ist. Also trenne dich von dem Durchstimmbereich, du müsstest auch die regelung mitabstimmen, und trenne dich von der Meissner-Schaltung, die ist für eher hohe Frequenzen, und leg deinen pF-Drehko bei seite (dso eine grosse Drossel bei trotzdem geringem Drahtwiderstand findest du nämlich nicht, bzw. willst du nicht bezahlen). Die Herren Hewlett und Packard haben z.B. ihren Namen und ihre Millionen mit einem durchstimmbaren Sinusoszillator mit geringem Klirrfaktor gemacht, bis sie sich ihre Firma von der fachlich dämlich inkompetenten Carly Fiorina haben gründlich ruinieren lassen. Nun sind sie tot. Die haben es mit einem Wienbrückenoszillator geschafft: http://www.kennethkuhn.com/hpmuseum/dating/vintage_hp_oscillators.pdf
> Ich finde immer nur Drosselspulen... ich will aber nix drosseln!! Dann denk dir das Wort Drossel einfach weg. Übrig bleibt eine Spule. > 1Hz-1KHz Drei Dekaden wirst du kaum ohne Bereichsumschaltung schaffen. > 5-90pF ... 1Hz ... 25 mio Henry... was kann man da machen? Du solltest wohl erst mal ein Gefühl für erhältliche Bauteile bekommen. 5-90 pF sind gut für Kurzwelle und höher. > 1Hz Macht man (üblicherweise) nicht mehr mit Schwingkreisen. BTW: Spulen mit hoher Induktivität werden gern elektronisch mit einer Gyratorschaltung nachgebildet. Diese Induktivität kann dann (je nach Schaltung) auch mit einer Steuerspannung verändert werden. Siehe den Beitrag "Gyrator mit Mosfet"
MaWin schrieb: >> 5-90pF > > Wie willst du mit etwas, was 1:18 regelt, einen Bereich von > >> 1Hz-1000Hz > > schaffen? > >> Vom Physikalischen Standpunkt her weiß ich, wie es funktionieren würde, > > Nein. Offenkundig nicht. :D offenkundig. Danke, dass du mich darauf hinweist. Ich wollte die Meißnerschaltung halt in meiner Facharbeit behandeln, deswegen hab ich gefragt. Dass die für niedrige Frequenzen nicht geeignet ist, hab ich nicht gewusst, ist insofern, dass der Generator nicht funktionell sondern nur anschaulich eingesetzt werden soll, auch egal. Vielen Dank für die Antwort! Liebe Grüße David
Lothar Miller schrieb: >> Ich finde immer nur Drosselspulen... ich will aber nix drosseln!! > Dann denk dir das Wort Drossel einfach weg. Übrig bleibt eine Spule. > >> 1Hz-1KHz > Drei Dekaden wirst du kaum ohne Bereichsumschaltung schaffen. Das ist mir schon klar, ich wollte das schon über eine Bereichsumschaltung realisieren > >> 5-90pF ... 1Hz ... 25 mio Henry... was kann man da machen? > Du solltest wohl erst mal ein Gefühl für erhältliche Bauteile bekommen. > 5-90 pF sind gut für Kurzwelle und höher. mit den 5-90pF wollte ich nur ausdrücken, dass ich keinen passenden Trimmkondensator finde > >> 1Hz > Macht man (üblicherweise) nicht mehr mit Schwingkreisen. muss mir wohl einen anderen Frequenzbereich überlegen^^ > BTW: > Spulen mit hoher Induktivität werden gern elektronisch mit einer > Gyratorschaltung nachgebildet. Diese Induktivität kann dann (je nach > Schaltung) auch mit einer Steuerspannung verändert werden. > Siehe den Beitrag "Gyrator mit Mosfet" Danke für die Antwort! Liebe Grüße David
@Autor: David Röder (curtain) Was soll das ? Ein Tages- bis Wochenprojekt eines Elektronikers als Facharbeit auf Physik verkloppen ? Sowas von Minimalismus...
MaWin schrieb: > Heute ist das alles überflüssig, man spielt einen Sinuston per CD-Player > der tausendmal besser ist. Klar gibt es auch pitchbare CD-Player, aber ich glaube nicht dass man damit große Frequenzbereiche "durchwobbeln" kann?
... schrieb: > @Autor: David Röder (curtain) > > Was soll das ? Ein Tages- bis Wochenprojekt eines Elektronikers als > Facharbeit auf Physik verkloppen ? Sowas von Minimalismus... Ich bin aber kein Elektroniker und brauche auch schon länger als eine Woche.
Hallo, @MaWin (Gast): >Daher sind Sinusoszillatoren schwer aufzubauen, und die kommerziellen >verwenden Dreieck und Kurvenformung per Diodennetzwerk, wie XR2206 oder >MAX038, mit einem nicht besseren Klirrfaktor. Es gab auch eine Zeit vor den integrierten Schaltkreisen... Wien-Robinson-Brücke in ihrer Urform, am schönsten mit Röhre und Glühlampe zur Amplitudenregelung. Für gute Daten und Transistoren mal den Schaltplan des GF22 befragen. Alternative: Schwebungssummer Ein fester Generator auf z.B. 1000khz und ein durchstimmbarer von 1000khz bis 1001kHz. Mischer und Tiefpass dahinter. Stammt auch schon aud en 30er Jahren des vorigen Jahrhunderts... Gruß aus Berlin Michael
David Röder schrieb: > Ich wollte die Meißnerschaltung halt in meiner Facharbeit behandeln, > deswegen hab ich gefragt. Dass die für niedrige Frequenzen nicht > geeignet ist, ... Nicht die Schaltung an sich, die hat mit dem Frequenzbereich nicht viel zu tun. Die Schwingkreiselemente sind dafür einfach zu unhandlich. Es gibt natürlich Kondensatoren im Mikrofarad-Bereich, aber die sind dann nicht veränderbar. Du könntest aber einen Schwebungssummer bauen: einen Meißner- Oszillator mit vielleicht 1 MHz, daneben noch einen 1-MHz- Quarzoszillator. Beide Ausganssignale mischst du, sodass die Frequenzdifferenz als NF-Ton hörbar wird. (Die Frequenzsumme entsteht auch, aber lässt sich einfach von der NF trennen.) Wenn du das konsequent weiter baust, hast du eine Theremin-Orgel. ;-)
Anderer Vorschlag: Kondensator nicht veränderbar. Induktivität veränderbar durch verschiebbaren Kern. C = 1µF (Folie) L = 11 - 25mH F = 1000 - 1500Hz Mfg, Bernd
Ja! Induktivität regelbar wäre genial! Weißt du zufällig wo man so eine herkriegt? Ich werde auf Conrad, Reichelt & Co einfach nicht fündig! Wie kann ich damit dann die indukt. Kopplung machen? Besten Dank!
http://www.national.com/mpf/LM/LM13700.html Harro Kühne hat mehrere Oszillatoren damit in elrad, elektronik & Co veröffentlicht. Frequenzvariation bis zu 1:10000 wird damit erreicht. Arno
Hallo David Theorie in der Physik und Machbarkeit in der Technik sind 2 Paar Schuhe. Such lieber mal nach XR2206.
Arno H. schrieb: > Harro Kühne hat mehrere Oszillatoren damit in elrad, elektronik & Co > veröffentlicht. Ach, den Herrn gibt's noch? Schön. Der hat schon vor mehr als zwei Jahrzehnten interessante Bücher zu derartigen Themen verfasst.
@Caradur: Ja, da hast du wohl recht, das hab ich als erstes auch bemerkt, als ich angefangen hab, mich mit dem Thema zu beschäftigen. Es geht mir andererseits aber auch nicht darum, einen genialen Frequenzgenerator zu bauen- ich will nur eine einigermaßen einstellbare Sinusschwingung in irgendeinem Frequenzbereich mithilfe der Sachen, die wir in der Schule gelernt haben hinkriegen und das ganze hinterher physikalisch untersuchen. Meinst du das funktioniert irgendwie oder soll ich doch lieber eine moderne Schaltung nehmen? Vielen Dank!
David schrieb: > Meinst du das funktioniert irgendwie oder soll ich doch > lieber eine moderne Schaltung nehmen? Wenn du den Anspruch der verstellbaren Frequenz wegnimmst, bekommst du den Meißner-Oszillator sicher schon irgendwie mit einem LC-Kreis hin. Man muss halt ein wenig mit der Rückkopplung experimentieren, wie MaWin schon schrieb. Macht man sie zu fest, gibt es keinen schönen Sinus mehr, weil der Transistor zu sehr in den Bereich der Sättigung gefahren wird, macht man sie zu locker, schwingt er nicht mehr sicher an.
Hab deine Empfehlung befolgt und nach XR2206 gesucht, finde das sieht eher machbar aus und da kommt dann hinterher sogar ein funktionierendes Gerät raus :) Ist das dann eigentlich noch ein analoger Frequenzgenerator? Muss ich diesen Chip dann noch irgendwie programmieren oder funktioniert der schon, wenn man ihn richtig verschaltet?
Der funktioniert ohne Programmierung, aber man muss ihn einstellen: Die vielen Trimmpotis, mit denen man die Qualität des Sinussignals NACH JEDER FREQUENZÄNDERUNG nachjustieren muß, wenn man bestmögliche (0.5%) Ergebnisse haben will, und dazu braucht man eine Messmöglichkeit, also eine Klirrfaktormessbrücke. Schon mit einem Oszilloskop sieht die nicht-eingestellte Sinuskruve eher krank aus, zwischen Dreieck und Beule, mit erkennbaren 10% Klirrfaktor. Achte auch auf eine stabile Versorgungsspannung, denn deren Fluktuation geht in das Ausgangssignal ein. Und achte auf einen Ausgangsverstärker, das Signal aus dem XR ist nicht belastbar. Schlechte Ausgangsverstärker machen das Signal noch übler, und normale OpAmps oder Leistungs-OpAmps sind bei 100kHz schon deutlich dabei, das Signal zu verzerren. Diese analogen Frequenzgeneratoren wurde abgelöst durch DDS direct digital synthesis, also den CD-Player ohne CD. Da sitzt dann ein Microcoontroller drin der programmieert werden muß.
Ok. Diese Klirrfaktormessbrücke muss ich dann mit in den Generator einbauen oder soll ich da ein externes Messgerät kaufen? Ein Oszi kann ich aus der Schule holen um das Signal auszumessen. Bzgl. der Versorgungsspannung: Reicht da ein simples Netzteil oder muss das was Besonderes sein, dass die Spannung konstant bleibt? Danke für die vielen Tips!
@David Lass dir keinen Floh ins Ohr setzen. Du brauchst kein Klirrfaktormessgerät! Ein Oszi reicht und falls da nur ein Lautsprecher dran hängt, dann spielt der Klirrfaktor gar keine Rolle mehr für deine Anwendung. Wie schon gesagt, nimm einen Oszi zum Einstellen auf kleine Verzerrungen.
Ich wuerde das Netzteil mit einbauen, und die Klirrfaktormessbruecke aus der Schule ausleihen. Denn das Netzteil (vermutlich für +10V und -10V, wie ich den XR2206 in Erinnerung habe) besteht aus Trafo, Gleichrichter, Siebelkos und integrierten Spannungsreglern, ist also einfach zu bauen wenn man die Grundlagen beachtet http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9 eine Klirrfaktormessbrücke hingegen ist Messtechnik, also genaue Bauteile, kompiziert verschaltet, ist also teuer. Die hier kann noch nicht mal 100kHz: http://www.pewa.de/DATENBLATT/DBL_HM_HM8027_1004_DEUTSCH.PDF Für tiefe Frequenzen tut's ein Program auf dem PC an einer guten (24 bit, 192Ksps) Audiokarte.
Warum muss ich das Signal eigentlich nach jeder Frequenzänderung nachjustieren? Gibt es da keine Möglichkeit, das zu vermeiden?
Hallo David, die Klirrfaktormessbrücke kommt natürlich nicht in dein Gerät, das ist ein Messgerät mit dem man überprüfen kann, wie "sauber" das erzeugte Sinussignal ist. Wenn du bei deiner Arbeit etwas über Elektronik lernen möchtest, dann bleib ruhig bei der ursprünglichen Idee mit der Meißner-Schaltung und sieh' zu, dass du dir Lesestoff zum Thema Oszillatoren besorgst (Stichworte, die du verstehen solltest sind z.B: Amplitudenbedingung, Phasenbedingung und den Unterschied zwischen Gegen- und Mitkopplung) und Transistoren zumindest prinzipiell verstehst. Für den Anfang könntest du die einfache Schaltung dann mit LTSpice (Freeware) zusammenklicken und per Simulation mit den Bauteilwerten spielen - das könnte dir beim Verständnis helfen. Die zwei gekoppelten Spulen kannst du leicht selbst herstellen, indem du einen Kern besorgst, zum Beispiel einen Ferritkern. Das zugehörige Datenblatt enthält einen Wert (A_L), der dir angibt, wie groß die Induktivität pro aufgebrachter Wicklung ist. Die zweite Wicklung kommt auf den selben Kern - da der Kern den magnetischen Fluss "einfängt" sind die beiden Spulen auf diese Weise recht gut gekoppelt. Zum Wickeln nimmst du am besten Lackdraht. Achja: Wenn du nur irgendwie die Arbeit rumkriegen willst kannst du natürlich auch nur ein IC hinklatschen... aber ich hoffe doch, dass auch ein bisschen Interesse am Thema besteht und ich mir hier nicht umsonst die Finger wundschreibe... Gruß, Michael
Hallo um das Prinzip zu zeigen geht auch ein Abgleich mit dem Scope. Du willst ja keinen Supersoundgenerator bauen. Einen Sinus bekommst du damit schon hin und es ist eine analoge Schaltung. Der Generator verwendet zwar keine Spule aber einen RC -Oszillator. Rechteck bekommst du auch ohne großen Abgleich mitgeliefert. Dreieck kannst du mit dem Scope Abgleichen. In einem gewissen Stellbereich bleibt das auch ohne weiteren Abgleich so. Ich denke wenn du den Frequenzbereich von 1-2 kHz nimmst geht das. Sollte als Demo auch reichen. Ansonsten frage deinen Lehrer.
Hallo Michael! Danke, dass du meine ursprünglichen Fragen beantwortet hast! Der Grund mir die Mühe zu machen, einen analogen FG zu Bauen war ja, dass ich dadurch was über Elektronik lerne. Deswegen habe ich schon überlegt, die Arbeit mit einem IC zu machen und privat am analogen rumzutüfteln. Jetzt bin ich allerdings wieder motiviert, doch die Meißnerschaltung durchzuziehen, den IC kann ich immernoch kaufen, wenn es nicht klappen sollte. Soll ich dann die Frequenz mittels Kapazität oder Induktivität regulieren? Mir ist mittlerweile klar geworden, dass ich vermutlich kein einsetzbares Laborgerät bekommen werde, aber das ist meinem Lehrer auch nicht wichtig bzw. ist nicht die Aufgabenstellung der Arbeit.
Hallo David, es freut mich, dass du nicht den Weg des geringsten Widerstandes wählst, sondern wirklich etwas lernen möchtest. Wenn ich dir einen Rat geben darf: lass die Überlegungen der variablen Frequenz erstmal beiseite und konzentriere dich zunächst auf das Verständnis der beteiligten Elemente: Transistoren, die Emitterschaltung und deren Arbeitspunkteinstellung, Oszillatoren im allgemeinen (vor allem die oben genannten Stichwörter). Dann erstellst du dir erstmal eine Simulation, so kannst du an der Schaltung spielen und sehen, ob du das wirklich verstanden hast ohne dass gleich was kaputt geht. Danach sieht man weiter. Die Meißnerschaltung lässt sich nicht ohne Weiteres in einem großen Bereich durchstimmen. Die gekoppelten Spulen sind dafür nichts, wenn dann drehst du an der Kapazität und baust vielleicht eine Umschaltung zwischen verschiedenen Drehkondensatoren ein. Achja: als Spulenkern würde sich ein Ringkern gut eignen, der sieht aus wie ein Donut. Gruß,Michael
Auch ich finde es gut, dass du wieder bei der einfachen Meißner-Schaltung rausgekommen bist, diese Antwort trotzdem noch: David schrieb: > Hab deine Empfehlung befolgt und nach XR2206 gesucht, finde das sieht > eher machbar aus und da kommt dann hinterher sogar ein funktionierendes > Gerät raus :) Ist das dann eigentlich noch ein analoger > Frequenzgenerator? Ja, ist es, aber nach einem völlig anderen Prinzip. Ein Kondensator wird mit einem konstanten Strom aufgeladen oder entladen, und jeweils beim Erreichen einer bestimmten Spannung in jeder der Richtung wird die Richtung (Aufladen/Entladen) umgeschaltet. Dadurch ergibt sich ein Dreiecksignal. Der Dreieck wird anschließend in einen Verzerrer gegeben, der eine allmähliche Begrenzung der höheren Amplitudenwerte vornimmt, sodass diese abgeflacht werden. Das Ergebnis ist dann eine Kurvenform, die so ein wenig nach einem Sinus aussieht. Das, was der Meißner-Oszillator dagegen (im Idealfall) macht, ist ein tatsächlicher Sinus, der aus einer ständigen Hin- und Herwandlung zwischen zwei Energieformen entsteht (magnetisches Feld in der Spule und elektrisches im Kondensator). Wenn du die diesem zu Grunde liegende Physik in eine Gleichung packst und auflöst, hast du eine Differential- gleichung, deren mathematische Lösung eine Sinusfunktion beinhaltet.
> Warum muss ich das Signal eigentlich nach jeder Frequenzänderung
nachjustieren? Gibt es da keine Möglichkeit, das zu vermeiden?
Tja, weil der Chip nicht perfekt ist.
Man kann es einmal versuchen bei den meisten Frequenzen einstellen und
dann so lassen, wird damit aber nicht die 0.5% Klirrfaktor erreichen,
sondern vielleicht 3% über den ganzen Bereich.
3% ist auch das, was man auf dem Oszilloskop noch als Abweichung
erkennen kann.
Also ein Ringkern aus Ferrit, da geht am wenigsten Energie verloren, weil das Magnetfeld nicht in den Raum abgestrahlt wird, oder? Dann fang ich mal an mich weiterzubilden! Vielen Dank nochmal an alle!! Liebe Grüße
Normalerweise reicht bei XR2206 der Abgleich für eine Frequenz. Nur bei den hohen Frequenzen ändert sich merklich was. Wenn man will könnte man sogar eine einfache Schaltung dazubauen, um den abgleich auch mit einem Oszilloskop einfach duchzuführen. Ein einfacher Notchfilter (3 Widerständer und 3 Kondensatoren) für eine Frequenz reicht aus, um dahinter auch kleinere Verzerrungen des Sinus zu erkennen. Das ist dann sozusagen die Klirrfaktormessung light, für halt nur eine Frequenz. Beim LC Oszillator kann man den Kondensator oder die Spule verändern. Die verstellbaren Kondensatoren sind aber eher klein, bis etwa 500 pF und damit eher was für hohe Frequenzen. Eine varialbe Induktivität ginge mit einem variabelm Luftspalt in einem Ferritekern. Wenn es was exotisches sein kann eventeuell ein Transduktor, das ist eine Spezielle Induktivität die sich über einen gleichstrom verändern kann.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.