Hallo, Ich bin nun beim Durchackern meines Buches in dem Teil mit den Oszillatoren angekommen. Das Grundprinzip, der Ladungsaustausch zwischen Kondensator und Spule, war für mich ziemlich einfach zu verstehen. Wenn ich das richtig verstanden habe, geht es im nächsten Part darum, der Schaltung einen gewissen Gleichstrom zuzuführen, um die Energieumwandlung in Wärme, der in der Grundschaltung auftritt, zu kompensieren. Dadurch könne man Wechselstrom mit relativ konstanten Amplituden erzeugen. Mein Problem ist, dass ich anscheinend etwas Grundlegendes "verpasst" habe, das mich daran hindert, die weiterentwickelten Schaltungen zu verstehen. Zum Beispiel der Colpitts Oszillator (Schaltung siehe Anhang), mein Buch schreibt dazu: "A Colpitts oscillator is very similar to the shunt-fed Hartley oscillator. The primary difference is in the tank circuit structure. A Colpitts oscillator uses two capaci- tors instead of a divided coil. Feedback is developed by an electrostatic field across the capacitor divider network. Frequency is determined by two capacitors in series and the inductor. Figure 4-73 shows a schematic of the Colpitts oscil- lator. Bias voltage for the base is provided by resistors R1 and R2. The emitter is biased by R4. The collector is re- verse biased by connection to the positive side of through R3. This resistor also serves as the collector load. The tran- sistor is connected in a common-emitter circuit configu- ration. Feedback energy is added to the tank circuit mo- mentarily during each alternation. As a general rule the Colpitts circuit is a very reliable oscillator." Ich versuche mal, die Schaltung soweit es geht zu interpretieren. Die Kapazität C3 wird durch die Gleichstromquelle aufgeladen (links positiv und rechts negativ). C1, C2 werden ebenfalls durch die direkte Verbindung zur Spannungsquelle aufgeladen (oder etwa nicht?), bei L1 bildet sich ein magnetisches Feld. Außerdem wird der Base-Anschluss des Transistors positiv, er leitet also von Emitter zu Collector. Und was soll C3 nun mit dem verstärkten Strom anfangen? Wo soll sich da überhaupt Wechselstrom bilden, wenn die Spannung immer gleich bleibt und die Kondensatoren sich deshalb nicht entladen können? Danke, max_s
Ich glaube der Denkfehler liegt darin, dass du davon ausgehst eine statische Schaltung zu haben. C1, C2 und L1 bilden aber eine Schwingkreis. Der Rueckkopplungszweig ueber den Transisterverstaerker gleicht lediglich die Verluste des Schwingkreises aus. Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Colpitts-Schaltung
Danke, dann frage ich etwas konkreter: Warum sollten sich die Kondensatoren C1/C2 bzw. die Spule L1 entladen, wenn sie doch an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, die eine gleichbleibende Kapazität bzw Induktivität gewährleistet und die Bauteile deshalb nicht dazu zwingt, sich zu entladen?
Oszillatoren schwingen (auch und gerade in einer Simulation) praktisch nie, wenn man ihren statischen Zustand betrachtet. Dass sie schwingen liegt immer nur daran, dass es irgendeine Anregung gibt (bspw. das Aufladen der leeren Kondensatoren beim Einschalten), die initial zu einer zeitlich veränderlichen elektrischen Größe (Strom oder Spannung) führt. Diese zeitliche Veränderung verstärkt sich durch die Art der Schaltung, sodass ein Aufschaukeln der Schwingung entsteht.
Hallo Max, gundsätzlich ist das ein Schwingkreis aus L1, C1 und C2, der sich in Resonanz befindet und aus dem mit Q1 aufgebauten Verstärker mit Energie versorgt, also am Schwingen gehalten wird. Betrachte, was passiert, wenn der Oszillator eingeschaltet wird. Zuerst sind die Kondensatoren leer und die Spule hat kein Magnetfeld. Da C2 leer ist, ist die Basis von Q1 kurzgeschlossen, d.h. der Transistor sperrt vollständig. Es beginnt ein Strom durch R3 und C3 teils in C1 zu fließen und teils durch L1 in C2. C2 wird außerdem durch R1 aufgeladen. C1 ist viel kleiner als C2 und C3, und R1 gut 3-mal größer als R1. C1 wird sich also am schnellsten aufladen, soll heißen: seine Ladespannung steigt am schnellsten. Der Strom durch die Spule baut sich nur langsam auf, da die Spule ein Magnetfeld aufbaut und Stromänderungen entgegenwirkt. C2 wird sich insgesamt nur langsam aufladen, aber schließlich reicht die Spannung an C2 aus, den Transistor aufzusteuern. Das führt dazu, dass dessen Kollektorspannung sinkt. Die Kollektorspannung ist gleich der Summe der Spannungen über C1 und C3. Der Transistor beginnt zu leiten, und damit entzieht er den beiden Kondensatoren Ladung. Deren Spannung fällt nun. C3 ist 11-mal größer als C1, die Spannung über C1 fällt also schneller als die über C3. Da die Spannung über C1 fällt, lässt der Strom durch die Spule nach. Die Spule gleich das zunächst aus, da sie noch ein Magnetfeld hat: sie gibt jetzt Strom ab. Der Strom durch L1 fließt also weiter, nimmt aber langsam ab, dabei fließt er die ganze Zeit im Uhrzeigersinn durch den Schwingkreis, der aus L1, C1 und C2 besteht. Die Spule hatte zu Anfang Energie aufgenommen (Strom durch R3, C3, L1, C2|R2), dabei war der obere Spulenanschluss auf positiverem Potential (höhere Spannung) als der untere Anschluss - einfach gesagt: Plus war oben. Nun aber gibt die Spule wieder Energie ab, dabei vertauscht sich die Polarität (Lenz'sche Regel): jetzt ist Plus unten. Es fließt Strom aus der Spule durch C2 und C1, und der Strom fließt im Uhrzeigersinnn. Die Spannung an C2 steigt die ganze Zeit weiter, und der Transistor leitet immer besser - die Kollektorspannung fällt weiter. Aber nach einiger Zeit hat die Spule die Energie ihres Magnetfeldes abgegeben, und der Stromfluss hört auf. Der Strom, den sie Spule abgegeben hat, hat Kondensator C2 aufgeladen. C1 wurde wieder entladen, da die Stromflussrichtung durch diesen Kondensator sich in dem Moment umkehrte, als die Spule begann, ihre Energie abzugeben - und nicht nur entladen, sein oberer Anschluss dürfte am Ende der Energieabgabe der Spule negativ gegen Masse sein. Nachdem die Spule aufhörte, Strom abzugeben, gibt nun C2 Strom ab - der fließt nun gegen den Uhrzeiger durch den Schwingkreis, also durch die Spule in C1 (der "untere" Anschluss von C2 ist positiv gegen Masse!). ie Spannung an C2 fäält also wieder, der Transistor sperrt damit allmählich, das Kollektorpotential steigt langsam wieder, und bald fließt wieder Strom durch R3 und C3 in C1 und "von oben nach unten" die Spule in C2. Dieses Nachpumpen von Ladung in C1 über R3 und C3 kompensiert die Energieverluste in den Bauelementen L1, C1 und C2 sowie alle Energieverluste durch Stromflüsse in Ein- und Ausgangsseite des Transistorverstärkers. Das Aufladen von C1 ist dabei synchron mit dem Stromfluß aus C2; C1 wird also aus 2 Quellen aufgeladen. Jetzt ist der Kreis geschlossen; wir sind (fast) wieder am Anfang. Fast deswegen, weil im Gegensatz zum Anfang des nächsten Zyklus' schon etwas Ladung in den Kondensatoren ist - das System ist eingeschwungen (quasistationärer Zustand). Da die Ströme in diesem Schwingkreis durch die Widerstände und die Spule begrenzt sind, brauchen das Umladen der Kondensatoren und das Ummagnetisieren der Spule ihre Zeit. Spule und die Kondensatoren C2 und C2 bestimmen letzten Endes die Frequenz, während C3 nach einer Zeit des Einschwingens nur dafür sorgt, dass eine gewisse mittlere Spannung am Kollektor des Transistors anliegt, während die Spannung von C1 im Wesentlichen um das Massepotential pendelt. so long elwood
Hallo elwood, bisher hatte ich die Funktionsweise von LC-Oszillatoren auch nur "einigermaßen" verstanden, aber eben noch nicht 100%ig. Dank deiner sehr anschaulichen und ausführlichen Erklärung ist mir jetzt die Funktionsweise richtig klar geworden. Damit hast du etwas erreicht, was etliche Artikel und Bücher vorher nicht geschafft haben ;-) Vielen Dank auch von mir! Gruß Frank.
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