Quelltext der Seite Oszillator

Oszillatoren sind Schaltungen, die elektrische Schwingungen erzeugen.

== Analoge Oszillatoren ==

Es gibt sehr viele verschiedene Typen von Oszillatoren mit sehr verschiedenen Eigenschaften. So gibt es Oszillatoren, welche Sinus- oder Rechtecksignale erzeugen, manche auch Sägezahn oder Dreieck.

Im Prinzip besteht jeder Oszillator aus einem Verstärker (Transistorstufe, Operationsverstärker, digitaler Schalter oder Speicher) einem frequenzbestimmenden Bauteil in Form eines Verzögerungsglieds (RC-Glied, LC-Glied, Quarz) und einer Rückkopplung. Bei digitalen Oszillatoren ist das frequenzbestimmende Element die Rückkopplung selbst, gfs. gepaart mit einem Takt.

=== RC-Oszillator ===

Dieser Oszillator basiert auf der Entladekurve eines RC-Glieds. Der klassische  Vertreter ist der [http://www.datasheetcatalog.org/cgi-bin/helo.pl?field=Nume&type=C&text=NE555&producedby=&action=Search NE555]. Dieser liefert ein Rechtecksignal. Mit einem [http://de.wikipedia.org/wiki/Wien-Robinson-Br%C3%BCcke Wien-Oszillator] kann man ein Sinussignal erzeugen.

[[Bild:RC-Oszillator.jpg|RC-Oszillator]]

Vorteile:
* einfacher Aufbau
* robust und anschwingsicher
* geringste Einschwingzeit (typ. 1 Takt)
* einfach in ICs integrierbar, z.&nbsp;B. Mikrocontroller
Nachteile:
* oft ungenau und stark temperaturabhängig
* produziert grossen Jitter
* diskret nur bis einige Dutzend MHz sinnvoll einsetzbar, integriert in ICs um einiges höher

=== LC-Oszillator ===

Dieser Oszillator basiert auf der harmonischen Schwingung eines [http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingkreis LC-Schwingkreises].

Vorteile
* höhere Güte und damit höhere Genauigkeit als der RC-Oszillator
* HF-tauglich bis in den GHz Bereich
Nachteile
* benötigt eine Spule, kann damit nicht in ICs integriert werden

==== Meissner-Oszillator ====
[[Bild:Meissner-Oszillator.jpg|Meissner-Oszillator]]

==== Colpitts-Oszillator ====
[[Bild:Colpitts-Oszillator.jpg|Colpitts-Oszillator]]

==== Hartley-Oszillator ====
[[Bild:Hartley-Oszillator.jpg|Hartley-Oszillator]]

==== Huth-Kuehn-Oszillator ====
[[Bild:Huth-Kuehn-Oszillator.jpg|Huth-Kuehn-Oszillator]]

=== Quarzoszillator ===
Dieser Oszillator basiert auf der harmonischen Schwingung eines [[Schwingquarz]] ([http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingquarz Wikipedia]). Die Lastkapazität der Schaltung und der Schwingquarz müssen aufeinander abgestimmt sein.

[[Bild:Quarz-Oszillator.jpg|Quarz-Oszillator]]

Vorteile:
* sehr hohe Güte und damit sehr hohe Genauigkeit
* Frequenzbereich vom Uhrenquarz (32,768kHz) bis ca. 30MHz
* gibt es als fertiges, preisgünstiges Bauteil in vielen Variationen bis über 100 MHz
* gibt es auch als [[Quarzoszillatoren mit programmierbarer Frequenz]]

Nachteile:
* auf Grund der Abmessungen und der Technologie kann der Quarz schlecht in ICs integriert werden (bis auf wenige Spezial-ICs)
* kann bei schlechter Dimensionierung unsauber schwingen oder auch erst gar nicht anschwingen
* lange Einschwingzeit (10..100ms)
* Bei höheren Frequenzen (>30MHz) ist Obertonbetrieb notwendig
* Kompromiss zwischen Stabilität (hohe Lastkapazität/ hohe Leistung) und Stromverbrauch (geringe Lastkapazität)
* zur Fertigungstoleranz kommen Temperaturabhängigkeit (quadratisch!) und Alterungseffekte, mehr als 20ppm Abweichung

== Digitale Oszillatoren ==
=== physikalischer Oszillator ===
Mit einem rückgekoppelten Inverter lässt sich eine Schwingschaltung direkt aufbauen. Diese funktioniert streng genommen analog, da sie keine diskreten Zeiten und Zustände annimmt. Bei ausreichend langsamen Technologien oder mehrfach hintereinander geschalteten Elementen gehen die Stufen jedoch in Sättigung, wodurch auch bei Belastung ein nutzbares digitales Signal entsteht. Die Eigenschaften sind ähnlich dem des diskreten, analogen Oszillators:

Vorteile:
* Leicht in digitalen Schaltungen integrierbar
* preisgünstig und platzsparend

Nachteile:
* Grundfrequenz extrem technologieabhängig
* Variation stark temperaturabhängig

=== virtueller Oszillator ===
Die Formeln für analoge Oszillatoren lassen sich mathematisch formulieren und in digitalen Schaltungen abbilden. Die Erreichbare Genauigkeit hängt dann am Takt des digitalen Systems. Die maximal Frequenz entspricht Taktfrequenz / Rechenschritte. Eine DGL 2. Ordnung lässt sich zusammen mit Lade- und Speicheroperationen in einem aktuellen AVR mit etwa 6-8 Schritten bewerkstelligen. Ein AVR mit 16MHz kann damit einen Oszillator deutlich > 1MHz verwirklichen. Das so gewonnene Signal hat eine entsprechende Bitbreite und muss auf einem DAC ausgegeben werden.

Ein einfacher digitaler Rechteck-Oszillator lässt sich auch hier mit einem Inverter / Negierung eines Signals / Variable erzeugen.

== Siehe auch ==
* [[Schaltungssimulation]]

== Weblinks ==
* [http://www.spicelab.de/oszillatoren.htm PSpice-Simulation von Oszillatoren] auf Robert Heinemanns PSPICE-Seiten
* Norman Bujanos, [http://www.circuitcellar.com/library/print/0298/bujanos91/index.htm Choosing the Right Crystal For Your Oscillator], Circuit Cellar, Issue 91, February 1998, (Online) Digital Library.
**Achtung: Laut Artikel sind Quarze ab 50MHz Obertonquarze, tatsächlich sind sie oft schon oberhalb 20MHz.
* [http://www.axtal.com/Deutsch/TechnInfo/Quarzkochbuch/ Das Grosse Quarzkochbuch]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Oszillator Oszillator bei Wikipedia]
* [http://www.joretronik.de/Oszillatoren/Oszillatoren.html Leistungsoszillatoren]
* [http://homepages.internet.lu/absolute3/tronic/oscnf.htm NF Oszillatoren]
* [http://www.96khz.org/oldpages/analogfpgasynthesizer.htm Analoger Oszillator für Synthesizer]
* [http://96khz.org/doc/vasynthesisvhdl Virtueller analoger Oszillator]

[[Category:Grundlagen]]
[[Category:Timer und Uhren]]