Anknüpfend an meinen Beitrag zum Thema NF Sinusoszillator
Beitrag "kleiner NF-Sinusoszillator"
möchte ich hier diskutieren, wie man einen kleinen
Phasenschieberoszillator aufbauen könnte. Ich möchte nach Möglichkeit
FETs verwenden. Frequenz kann fest sein, 1KHz z.B., oder schaltbar
zwischen 200Hz und 1KHz.
In einem etwas älteren Beitrag fand ich diese Schaltung von Gast ArnoR,
zu der ich noch die Frage hätte, ob der 1K Widerstand darin
parametrisiert ist. Es ist aus der Simulation nicht ersichtlich, welche
Werte da als Parameter verwendet werden.
Die Schaltung zeigt, daß es möglich ist auch eine recht hohe Verstärkung
mit FETs zu realisieren und ist wegen des symmetrischen Clippings auch
anderweitig interessant.
Jetzt habe ich mein Design des Phasenschieber soweit hingebogen, daß ich
auf etwa 1KHz komme, nur hinsichtlich der Versorgungsspannung erfüllt
sie noch nicht die Randbedingungen.
Vielleicht kann jemand helfen, die Schaltung in die richtige Richtung
weiterzuentwickeln, so daß ich sie mit ca. 3V betreiben kann. Ziel war
ja minimaler Aufbau in einem 6,3mm-Klinkenstecker.
Danke und Grüße
Christoph
P.S. Irgendwie gelingt es mir jetzt nicht, eine zweite Datei nzuhängen,
deshalb folgt jetzt meine Schaltung im folgenden Beitrag.
ChristophK schrieb:> In einem etwas älteren Beitrag fand ich diese Schaltung von Gast ArnoR,> zu der ich noch die Frage hätte, ob der 1K Widerstand darin> parametrisiert ist. Es ist aus der Simulation nicht ersichtlich, welche> Werte da als Parameter verwendet werden.
Ja, es wird der 1k-Widerstand verändert, sieht man an dem Sternchen (*).
Zum Thema Phasenschieber-Oszillator lies hier:
Beitrag "Re: Dimensionierung Sinusozillator"
oder zu Sinusgenerator mit CMOS-555 lies hier:
ChristophK schrieb:> Ich glaube, ich hab's gelöst. Komme bis 3V runter.
Du bist zwar auf dem Weg, aber noch nicht da. Denn eine "3V Batterie"
hat keine konstanten 3V. Je nach Chemie und Ladezustand mal mehr oder
auch deutlich weniger. Alkali-Mangan z.B. hat 1.5V Nennspannung. Ganz
frisch sind es bis 1.7V, kurz vor leer nur noch 0.9V.
Wenn du nicht eine weitere Schaltung bauen willst, die nur die ersten
30% der Energie aus den (teuren) Batterien nutzen kann, dann mußt du sie
so auslegen, daß sie auch mit der niedrigsten Spannung noch
funktioniert.
ArnoR schrieb:> ChristophK schrieb:>> Ich glaube, ich hab's gelöst.>> Ohne Amplitudenregelung/-begrenzung wirst du keinen stabilen Sinus> bekommen.
Was ist denn zu erwarten? Entweder die Schaltung schwingt oder schwingt
nicht.
Ist es nicht so, daß solange die Phasenlage zu einem positiven Feedback
führt, die Schaltung schwingt. Begrenzt wird die Amplitude durch die
Gleichspannungseinstellung.
ChristophK schrieb:> Was ist denn zu erwarten? Entweder die Schaltung schwingt oder schwingt> nicht.
Ohne Regelung: Schwingt von Anschlag zu Anschlag, oder gar nicht.
ChristophK schrieb:> Ist es nicht so, daß solange die Phasenlage zu einem positiven Feedback> führt, die Schaltung schwingt.
Ja, das ist die eine Bedingung. Die zweite ist: Gesamtverstärkung >=1.
Stabile Amplitude gibt's nur bei Gesamtverstärkung =1.
ChristophK schrieb:> Begrenzt wird die Amplitude durch die Gleichspannungseinstellung.
Nur in der Simulation. Du kannst in der Realität den Arbeitspunkt nicht
stabil auf eine Gesamtverstärkung von ganz genau 1 einstellen.
ArnoR schrieb:> ur in der Simulation. Du kannst in der Realität den Arbeitspunkt nicht> stabil auf eine Gesamtverstärkung von ganz genau 1 einstellen.
Stimmt absolut nicht!
Ein PID Regler macht es möglich.
Axel S. schrieb:> ChristophK schrieb:>> Ich glaube, ich hab's gelöst. Komme bis 3V runter.>> Du bist zwar auf dem Weg, aber noch nicht da. Denn eine "3V Batterie"> hat keine konstanten 3V. Je nach Chemie und Ladezustand mal mehr oder> auch deutlich weniger. Alkali-Mangan z.B. hat 1.5V Nennspannung. Ganz> frisch sind es bis 1.7V, kurz vor leer nur noch 0.9V.>> Wenn du nicht eine weitere Schaltung bauen willst, die nur die ersten> 30% der Energie aus den (teuren) Batterien nutzen kann, dann mußt du sie> so auslegen, daß sie auch mit der niedrigsten Spannung noch> funktioniert.
Das ist richtig. Merke auch gerade, daß 3V die untere Grenze ist, an der
die Schaltung eben noch funktioniert.
Also stellt sich jetzt die Frage: 2 teure Batterien verwenden oder
vielleict durch Wahl des Fets noch etwas herauszuholen.
Esmeralda P. schrieb:> ArnoR schrieb:>> ur in der Simulation. Du kannst in der Realität den Arbeitspunkt nicht>> stabil auf eine Gesamtverstärkung von ganz genau 1 einstellen.>> Stimmt absolut nicht!
Kannst du vielleicht mehr als einen Satz lesen.
Dass es mit einem Regler geht hatte ich oben schon geschrieben. Der TO
meinte allerdings, dass er keinen braucht
Esmeralda P. schrieb:> ArnoR schrieb:>> ur in der Simulation. Du kannst in der Realität den Arbeitspunkt nicht>> stabil auf eine Gesamtverstärkung von ganz genau 1 einstellen.>> Stimmt absolut nicht!>> Ein PID Regler macht es möglich.
Da sind wir dann gleich bei Präzisionsgleichrichter und einigen Opamps.
Die Schaltung soll die Qualität eines "Piepsers" haben. Soll schwingen
und möglichst einen sauberen Sinus liefern.
Ich habe das Grundgerüst des Phasenschiebers in dieser Form (ohne die
KSQ) in einem (Musik-)Instrumentenverstärker gefunden. Dort arbeitet die
Schaltung einwandfrei als LFO (0.3-7Hz) ohne irgendeinen Regler.
Wenn Regler, käme ein nichtlineares Bauelement in Frage?
Henrik schrieb:> Warum nicht zwei PNPs und ein LC Schwingkreis?> Dazu noch einen Fet als Buffer .. im ASC noch nicht drin..>> Siehe Beitrag "Re: NICOS – der Negative Impedance Converter -> Oszillator">> Gruß Henrik
Schön, aber 1mH passen leider nicht in den Klinkenstecker :)
ChristophK schrieb:> Die Schaltung soll die Qualität eines "Piepsers" haben. Soll schwingen> und möglichst einen sauberen Sinus liefern.
Das widerspricht sich! Entweder Piepser oder ein reiner Sinus.
ChristophK schrieb:> Wenn Regler, käme ein nichtlineares Bauelement in Frage?
Bei Wienbrückengeneratoren wird da gern eine einzelne
Miniaturglühlampe verwendet. Man erreicht so Klirr-
faktoren weit unter ein Promille. Passende Schaltungen
sollte man mit Google finden können.
Esmeralda P. schrieb:> Klaro, wenn du die richtige Glühbirne findest... Sonst wird das nämlich> nichts mit dem Sinus.
Ja passende Glühlämpchen findet man am ehesten kurz vor Weihnachten
in den Geschäften.
Die Schaltung mit dem FET hat eine inherente Amplitudenstabilisierung
eingebaut: An der Gate-Diodenstrecke wird die AC-Spannung
gleichgerichtet, so verschiebt sich der Arbeitspunkt in einen Bereich,
in dem die Schleifenverstärkung genau 1 ist. Im Umkehrschluss: Wäre
dieser Mechanismus zur Amplitudenstabilisierung nicht vorhanden, würde
ja die Amplitude unbegrenzt ansteigen. In der Praxis setzt die
Übersteuerung der verstärkenden Elemente dem enge Grenzen.
Dipl. Ing. Elektrotechnik schrieb:> Die Schaltung mit dem FET hat eine inherente> Amplitudenstabilisierung> eingebaut: An der Gate-Diodenstrecke wird die AC-Spannung> gleichgerichtet, so verschiebt sich der Arbeitspunkt in einen Bereich,> in dem die Schleifenverstärkung genau 1 ist. Im Umkehrschluss: Wäre> dieser Mechanismus zur Amplitudenstabilisierung nicht vorhanden, würde> ja die Amplitude unbegrenzt ansteigen. In der Praxis setzt die> Übersteuerung der verstärkenden Elemente dem enge Grenzen.
Bezieht sich Deine Antwort auf meine initial gepostete Schaltung? Und
bin ich damit "aus dem Schneider" und geheilt entlassen?
Grüße
Christoph
ChristophK schrieb:> Ich möchte nach Möglichkeit FETs verwenden
Bei 3V geht noch ein Bipolartransistor, mit JFET wird 0.3V interessant,
eben weil es dort nicht zur intrinsischen Amplitudenstabilisierung
kommt.
Beim Phasenschieberoszillator ist ein gewisser Klirrfaktor normal.
Dafuer ist der gegenüber einer Wien-Brücke schlechtere
Phasenverlauf des Rückkopplungsglieds verantwortlich.
Vielleicht solltest du die Schaltung einfach mal aufbauen.
Protipp: Germaniumtransistoren haben weniger Probleme bei
niedrigen Betriebsspannungen als ihre sandigen Artgenossen.
Ach so, Moment. Ganz fertig bin ich doch noch nicht. Ich bin ja so
gerade eben bei 3V Versorgung gelandet und ich brauche noch etwas Luft
nach unten.
Wäre bauelementmäßig noch etwas drin? Bipolar, Germanium :D, anderer
Fet?
Von 03.02.2020 12:32 bis 03.02.2020 15:20 hättest du das Ganze
schon fertig gelötet, zurechtgebogen und geschrumpfschlaucht
in einem Stecker versenkt gehabt.
Hi,
bei mir hat die Grundschaltung auch in der Praxis immer ein
sinusähnliches Ausgangssignal geliefert. Wichtig: R2 muss bei jedem
Aufbau abgeglichen werden.
Grüße
ChristophK schrieb:> Schön, aber 1mH passen leider nicht in den Klinkenstecker :)
SRR7032 ? oder zwei SMD L in Serie ;)
3V als 2x 1.5 Knopf auch .. oder eine CR12XX
Und dann noch einen C dazuschalten und Du hast auch zwei Frequenzen bei
<1% Klirr...
Dipl. Ing. (Uni) schrieb:> Beim Phasenschieberoszillator ist ein gewisser Klirrfaktor normal.> Dafuer ist der gegenüber einer Wien-Brücke schlechtere> Phasenverlauf des Rückkopplungsglieds verantwortlich.
Thema verfehlt. Ob Phasenschieber oder Wienbrücke ist vollkommen egal.
Wenn der Verstärker übersteuert (eben mangels Amplitudenstabilisierung),
dann klirrt es.
Esmeralda P. schrieb:> Wie hoch ist der Mindest Klirrfaktor damit der Oszillator> schwingen kann?
Mit Verstärkung = 1 sollte als Lösung der Differentialgleichung eine
reine Sinusschwingung vorliegen.
MfG
Hi,
Henrik schrieb:> ChristophK schrieb:>> Schön, aber 1mH passen leider nicht in den Klinkenstecker :)>> SRR7032 ? oder zwei SMD L in Serie ;)> 3V als 2x 1.5 Knopf auch .. oder eine CR12XX>> Und dann noch einen C dazuschalten und Du hast auch zwei Frequenzen bei> <1% Klirr...
zeig uns mal einen realen Aufbau deiner Schaltung. Ich habe meine
Zweifel, das die so funktioniert.
Grüße
Axel S. schrieb:> Ob Phasenschieber oder Wienbrücke ist vollkommen egal.> Wenn der Verstärker übersteuert (eben mangels Amplitudenstabilisierung),> dann klirrt es.
Ein "Phasenschieber" erzeugt auch ohne Regelung ein vermutlich
für den TE ausreichendes Sinussignal. Natürlich schafft man
damit nicht den sehr niedrigen Klirrfaktor eines geregelten
Wienbrückengenerators.
Manfred L. schrieb:> Hi,> Henrik schrieb:>> ChristophK schrieb:>>> Schön, aber 1mH passen leider nicht in den Klinkenstecker :)>>>> SRR7032 ? oder zwei SMD L in Serie ;)>> 3V als 2x 1.5 Knopf auch .. oder eine CR12XX>>>> Und dann noch einen C dazuschalten und Du hast auch zwei Frequenzen bei>> <1% Klirr...>> zeig uns mal einen realen Aufbau deiner Schaltung. Ich habe meine> Zweifel, das die so funktioniert.>> Grüße
Auf wessen Schaltung bezog sich jetzt Dein Zweifel? Der Zizathierarchie
zufolge ist Henriks Schaltung (LC) gemeint.
Grüße
Christoph
P.S. habe jetzt die Teile zusammen, konnte aber keinen BF244A bekommen,
nur BF244B. Nun funktioniert die Simulation nicht mehr bei 3V. Wohl aber
bei 6V.
Hinsichtlich Yfs gibt es keinen Unterschied zwischen BF244A und BF244B.
Nur die LTSpice-Modelle unterscheiden sich geringfügig:
kuku@Christophs-MBP cmp % grep BF244A *.jft
standard.jft:.MODEL BF244A NJF(Beta=1.754m Betatce=-500m Rd=1 Rs=1
Lambda=2.667m Vto=-1.409 Vtotc=-2.5m Is=33.57f Isr=322.4f N=1 Nr=2 Xti=3
Alpha=311.7 Vk=243.6 Cgd=3.35p M=362.2m Pb=1 Fc=500m Cgs=3.736p
Kf=1.356e-002f Af=1)
kuku@Christophs-MBP cmp % grep BF244B *.jft
standard.jft:.MODEL BF244B NJF(Beta=1.6m Betatce=-500m Rd=1 Rs=1
Lambda=3.1m Vto=-2.29 Vtotc=-2.5m Is=33.57f Isr=322.4f N=1 Nr=2 Xti=3
Alpha=311.7 Vk=243.6 Cgd=3.35p M=362.2m Pb=1 Fc=500m Cgs=3.736p
Kf=1.356e-002f Af=1)
Moin,
ChristophK schrieb:> Auf wessen Schaltung bezog sich jetzt Dein Zweifel? Der Zizathierarchie> zufolge ist Henriks Schaltung (LC) gemeint.
Auf Henrik, C und L sind ideale Bauteile, gib mal reale Werte ein.
Grüße
Esmeralda P. schrieb:> ChristophK schrieb:>> Die Schaltung soll die Qualität eines "Piepsers" haben. Soll schwingen>> und möglichst einen sauberen Sinus liefern.>> Das widerspricht sich! Entweder Piepser oder ein reiner Sinus.
Mit "Piepser" meinte ich nicht die Qualität des Ausgangssignals, sondern
bezog mich auf den Komfort der Schaltung und meinte "nicht viel mehr
Aufwand als bei einem Durchgangsprüfer".
Grüße
Christoph
Der rechte Teil im Bild ist der RC-Oszillator, den man auch für kleinere
Spannungen dimensionieren kann. Je höher der Strom gewählt wird umso
höher der Klirr. Bei 0,5Vss Ausgang etwa 2-4%. Die Verstärkung ändert
sich ja durch die Aussteuerung. Die 4V7 Zener kamm auch 1,4V sein, dann
R21 entsprechend anpassen. R10 sollte natürlich nur 8k sein, Wien-Glied.
ChristophK schrieb:> Im übrigen, danke. Aber das sind mir schon zu viele Bauelemente.>> Die von Manfred L. gepostete Schaltung gefällt (mit npn BC848C) mir am> besten.
Habe inzwischen in der LTspice Group noch einen Vorschlag bekommen, den
ich hier noch hineinstelle. Die Schaltung geht bis 2V runter. Man könnte
jetzt noch einen Wettbewerb starten, mit welcher geringstmöglichen
Betriebsspannung so ein Oszillator zu betreiben wäre. Meine
Voraussetzung, für eine 3V Knopfzelle geeignet zu sein, ist erfüllt.
ChristophK schrieb:> Habe inzwischen in der LTspice Group noch einen Vorschlag bekommen, den> ich hier noch hineinstelle. Die Schaltung geht bis 2V runter.
Ach Gottchen. Man kann mit Si Bipolartransistoren auch noch etwas bauen,
das bei 1V Versorgungsspannung schwingt. Und wenn man Germanium nimmt,
geht es bis runter in Richtung 0.5V. Nur kommt da halt nix mehr raus,
was man guten Gewissens als "Sinus" bezeichnen könnte.
Dazu kommt noch der Unterschied zwischen Realität und Simulation. In der
Simulation kann man an Bauteilwerten drehen, bis die Kreisverstärkung
gerade minimal über 1 liegt. In der Realität geht das nicht. Auch wenn
man das heute abgleicht - morgen hat die Batterie eine andere Spannung
oder der Transistor eine andere Temperatur, und dann schwingt es
entweder nicht an oder es klirrt ganz furchtbar.
Du brauchst mindestens eine Amplitudenbegrenzung, damit du soviel
Verstärkungsreserve vorhalten kannst, daß die Schaltung immer sicher
anschwingt. Noch besser (im Sinne: geringerer Klirrfaktor erreichbar)
ist eine Amplitudenregelung.
Eine einfache Variante der Amplitudenbegrenzung findest im bereits
weiter oben verlinkten
Beitrag "Re: Dimensionierung Sinusozillator"
Wenn man den Basisspannungsteiler anpaßt und Germaniumdioden nimmt,
kommt man mit der Betriebsspannung sicher noch ein ganzes Stück runter.
ChristophK schrieb:> Habe inzwischen in der LTspice Group noch einen Vorschlag bekommen,
Das ist die Standard-Phasenschieber-Oszillator-Schaltung, wie sie
schon seit Jahrzehnten bekannt ist und weiter oben auch schon
vorgesclagen wurde. Ihr Problem ist der Verhältnismäßig hohe
Klirrfaktor.
Harald W. schrieb:> Ihr Problem ist der Verhältnismäßig hohe> Klirrfaktor.
Und da wir nicht wissen, ob Klirrfaktor egal, muß man weiter
raten...obwohl einen passablen Klirrfaktor in dem Spannungsbereich und
mit dieser Oszillatortopologie...wirds nix...
Gruß Rainer
BF244Sourceschaltung_3.png
(8,5 KB)
