mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Frage zur Funktionsweise von Oszillator


Autor: Paul P. (cesupa)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

zurzeit arbeite ich an einer Facharbeit für die Schule über Funktechnik. 
Momentan kämpfe ich mit dem Verständnis über Oszillatoren und 
Rückkopplung. Ich hoffe, ihr könnt mir da weiterhelfen. Als 
Beispielschaltung wollte ich diese hier nehmen:

http://www.shop-electronic.com/product_info.php/in...

Ich hab das ganze mal in LTspice nachgebaut und in der Simulation 
scheint alles ganz gut zu klappen. Jetzt möchte ich aber auch etwas 
tiefer in die Materie eindringen und mal Schritt für Schritt verstehen, 
wie der Oszillator denn genau funktioniert. Meiner Meinung nach wurde 
dort wohl ein leicht abgeänderter Colpitts-Oszillator verwendet. Der 
Transistor dient dabei als Schalter für die Rückkopplung. Ich verstehe 
das ganze jetzt folgendermaßen: Da ja die Basis des Transistors T2 über 
den Widerstand R3 am Pluspol anliegt, müsste der Transistor also C-E 
durchschalten, oder? Damit müsste also der Kondensator C6 geladen 
werden, durch die Spule L1 fließt doch aber auch schon Strom durch, 
oder? Wie kommt es denn da jetzt eigentlich zu einer Schwingung, wenn T2 
doch die ganze Zeit über durchschaltet? Und inwiefern wirkt C5 auf den 
Oszillator ein?

Über eine Erklärung zur Funktionsweise dieses Oszillators wäre ich euch 
sehr danbar.

Gruß
Paul

P.S.: Schönes neues Jahr euch allen :)

Autor: Michael U. (amiga)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

für die Schwingfrequenz iat es ein Verstärker in Basisschaltung, C3/C4 
lehen die Basis HF-mäßig an Masse.

Grundsätzlich: da schaltet niemand durch, das ist eine analoge 
Schaltung. :-)
R3/R4 legen den Arbeitspunkt fest, der siche instellende Kollektorstrom 
stellt sich so ein, daß die Spannung am Emitter ca. 0,7V (Ube) unter der 
Basisspannung liegt.
C5 ist der Rückkopplungs-Kondensator. Die Phsen zwischen E und C ist um 
180 Grad verschoben, C5, das reale Verhalten der Transistors im 
UKW-Bereich und der Schwingkreis sorgen dafür, daß die Schwingbedingung 
erfüllt wird (Phasendrehung 0 bzw. 360 Grad und Schleifenverstärkung > 
1).

Irgendwo gibt es das sicher noch mathematischer und ausführlicher, hat 
mich aber nie sonderlich interessiert, bin nur Hobby-Bastler und kein 
Theoretiker. ;-)

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Paul P. (cesupa)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Michael,

danke für deine Antwort. Mir ist an sich noch nicht ganz klar, warum die 
Phase zwischen E und C um 180° verschoben werden muss, heißt das, dass 
alle 180° dem Schwingkreis neue Energie hinzugeführt wird? Was ist 
eigentlich eine Phasendrehung? Muss die Spannung eigentlich verstärkt 
werden, damit die Spannung im Schwingkreis überlagert werden kann oder 
hat das noch einen anderen Grund?

Gruß
Paul

Autor: Michael U. (amiga)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

erstmal muß ich mich korrigieren, die Phasenverschiebung in der 
Basisschaltung ist 0, nicht 180 Grad. Ist wohl doch zu lange her...
http://de.wikipedia.org/wiki/Transistorgrundschaltungen

Von welcher Spannung redest Du jetzt, die Verstärkt werden muß?
Der Oszillator, nach dem Du gefragt hats, ist alles rechts von C2.
Die Verstärkung dieser Stufe muß größer 1 sein, damit sie schwingt.
Der Schwinkreis selbst sorgr dann für eine definierte Schwingfrequent, 
weil nur auf seiner Resonanzfrequenz diese Bedingung erfüllt ist.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Paul P. (cesupa)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also bedeutet das jetzt, das bei einem Phasenwinkel von 0° eine 
Rückkopplung erfolgt?

Ich versteh das mit der Verstärkung noch allgemein nicht so ganz. Ist 
die dafür da, dass während des Betriebs keine Energie aus der 
Spannungsquelle hinzukommt (es sei denn bei Rückkopplung), damit der 
Schwingkreis quasi von der Quelle bei seinen Schwingungen nicht gestört 
wird? Das erscheint für mich sinnvoll, da bei einer Rückkopplung neue 
Energie hinzugeführt wird, indem die Verstärkung abnimmt und somit die 
Stromquelle die Energiedifferenz ausgleicht, bis die Verstärkung wieder 
erreicht wurde(Das ist jetzt mal so meine Theorie...). Oder braucht man 
die Verstärkung nur, um die bereits anliegende Basisspannung des 
Transistors zu überlagern, um ihn dann zum Schalten zu zwingen?

Schöne Grüße
Paul

Autor: oho (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vergiss das Schalten. Oszillatoren arbeiten analog. Ein Oszillator ist 
ein schwingfaehiges System plus ein Verstaerker. Der Verstaerker deckt 
die Verluste. Eine Schaukel ist auch ein schwingfaehiges System, da 
brauchst auch jemanden der jeweils anstoesst, sonst haengt sie nur 
runter. Wenn du die Wikungsweise einer Schaukel verstanden hast ist ein 
Oszillator nicht mehr weit.

Autor: Paul P. (cesupa)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gut, also ich versuche das ganze jetzt nochmal zusammenzufassen, 
hoffentlich hab ich das jetzt richtig verstanden:

Der Transistor T2 befindet sich in einer Basisschaltung, das bedeutet 
also, dass der Kollektor der Ausgang ist, also Richtung Schwingkreis 
zeigt, und der Emitter der Eingang, der über R5 Richtung Masse zeigt. 
Außerdem hängt an ihm C5 dran, der quasi das Eingangssignal gibt, wann 
T2 den Schwingkreis verstärken soll. Die Verstärkung beträgt ungefähr 1. 
R3 und R4 legen den Arbeitspunkt fest, damit der Transistor T2 auch 
sauber arbeitet. Die Funktion von C3 und C4 habe ich noch nicht ganz 
verstanden, in meiner Simulation findet an der Basis von T2 Sinusförmige 
Schwingungen statt (von ca. 8,08V bis ca. 8,85V, bei einer 
Betriebsspannung von 26V), wie genau meintest du das mit "HF-mäßig an 
Masse" legen, sollen dann an der Basis 0V anliegen, dann wäre ja der 
Arbeitspunkt auch bei 0V, wäre das nicht sinnlos?

Jetzt zum Ablauf einer Periode:
Am Anfang wird C6 geladen (Phasenwinkel 0°), oben positiv unten negativ. 
Dieser entläd sich an der Spule, wodurch quasi eine Umpolung stattfindet 
und C6 mit umgedrehter Polarität erneut geladen wird. Die Hälfte einer 
Periode wäre geschafft. Jetzt ist C6 unten positiv und oben negativ und 
C5 ist oben positiv und unten negativ. Bis hierher dürfte es noch zu 
keiner Rückkopplung gekommen sein, oder? Jetzt geht das alles nochmal 
nur in die andere Richtung, also C6 (und eigentlich auch C5) entläd sich 
an der Spule. Jetzt müsste C6 unten negativ sein und 
oben....mmmh...eigentlich positiv...C5 ist jetzt oben negativ und 
unten....Mist, eigentlich ja auch negativ, oder? Aber dann käme es ja 
nie zu einem Signal am Emitter von T2... Ne, moment, wenn C5 ein 
elektrisches Feld aufbaut, da es bei 180° oben positiv und unten negativ 
geladen ist und sich jetzt wieder entläd, also das elektrische Feld 
verschwindet, dann ist C5 wieder entladen....aber dann käme es ja nie zu 
einem Signal...hä? Damn, ich kapiers immer noch nicht. Aber T2 kann ja 
auch nicht ständig eine Verstärkung liefern, ich kann ja eine Schaukel 
auch nur dann neue Energie geben, wenn sie wieder bei mir ist... Wenn 
ich jetzt die Schaukel auf den Oszillator übertrage, dann gebe ich der 
Schaukel bei 0° die Anfangsenergie und dann ja immer wieder nach einer 
ganzen Schwingung, also aller 360°. Das bedeutet also, immer wenn C6 
oben positiv und unten negativ geladen ist (also wie bei der 
Erstaufladung), dann müsste T2 seinen Schubser in Form der Verstärkung 
verpassen, um den Schwingkreis bzw. Schaukel nocheinmal schwingen zu 
lassen. Das wiederum, würde ja bedeuten, dass C5 bei 0° und aller 360° 
oben negativ und unten positiv geladen ist, also genau entgegengesetzt 
wie bei C6, sodass dann die positive ladung am Emitter von T2 ein Signal 
zur Verstärkung bzw. zum Anschubsen gibt.

So macht das für mich auch Sinn. Stellt sich mir nur die Frage: Wie kann 
die Unterseite von C5 positiv geladen werden, wo diese Seite doch nur 
mit der Masse in Verbindung steht? Ist das generell so bei Wechselstrom 
und Kondensatoren oder leitet T2 auch von der Basis zum Emitter oder vom 
Kollektor zum Emitter?

Ich hoffe ich hab das mit der Schaukel jetzt richtig verstanden ;-)

Schöne Grüße
Paul

Autor: ah (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Du solltest dich von der Vorstellung loesen, dass eine Schwingung ein 
Vorzeichenwechsel an einer Kapazitaet bedeutet.

Autor: Paul P. (cesupa)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Und was schwingt dann da? Bzw. wie soll ich es mir denn sonst 
vorstellen?

Autor: Michael U. (amiga)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

die Basis ist für die HF über die Kondensatoren anf GND-Potenzial.
Kondensatoren kassen Wechselstrom durch und sperren Gleichstrom...

Der Wechselstromwiderstand der Kondensatoren an der Basis sollte also 
sehr klein sein bei der gewünschten Frequenz.

Der Arbeitspunkt wird durch die Widerstände an der Basis festgelegt.
Wen jetzt alles eingeschaltet wird, schwingt der Schwingkreis durch den 
Impuls. diese Schwingung würde jetzt wie üblich abklingen bis 0.
Über den Rückkoppel-Kondensator wird aber ein Teil davon am Emitter 
eingespeist (kapazitiver Widerstand des Kondensators und 
Emitterwiderstand bilden ja einen Spannungsteiler für die HF).
Dieser Anteil wird verstärkt und zur aktuellen Schwingspannung am 
Schwingkreis addiert.
Der Trick ist es nun, Verstärkung und Rückkopplungsspannung so 
einzustellen, daß genau die Verluste ausgeglichen werden und die 
Schwingung erhalten bleibt.

PS: ich hasse Simulationen. ;-)

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Paul P. (cesupa)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Super, ich glaub ich habs jetzt allmählich begriffen. Danke für eure 
Hilfe :)

Schöne Grüße
Paul

Autor: ah (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>>Du solltest dich von der Vorstellung loesen, dass eine Schwingung ein
Vorzeichenwechsel an einer Kapazitaet bedeutet.
>
>Und was schwingt dann da? Bzw. wie soll ich es mir denn sonst
vorstellen?

Die Amplitude auf dem Kondensator kann auch nur ein paar mV sein, mit 
ein paar zusaetzlichen V offset drauf.

Autor: Paul P. (cesupa)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich hätte da vielleicht doch noch eine kleine Frage: Die aufmodulation 
der Signale, die vom Eingang kommen, erfolgt doch über eine 
Basisverschiebung an T2, nachdem die Signale über T1 verstärkt wurden 
und über C2 an T2 weitergeleitet werden, stimmt das so? Was passiert bei 
dieser Basisverschiebung eigentlich?

Schöne Grüße
Paul

Autor: Michael U. (amiga)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

bei dieser Art Modulation passiert alles... ;-)

Es gibt eine Amplitudenmodulation, weil sich der Arbeitspunkt und damit 
auch die Verstärkung in Abhängigkeit von der NF ändert.
Dafür interessieren sich aber UKW-Empfänger üblicherweise nicht, die ist 
also eher unerwümscht aber nicht vermeidbar.
Dazu gibt es eine Frequenzmodulation, weil sich die 
Transistorkapazitäten (hier vermutlich vorrangig die 
Kollektor-Basiskapazität) im Verhältnis zur NF ändert und den 
Schwingkreis um die Ruhefrequenz verstimmt. Das ist der hier gewünschte 
Effekt.

Die komplette Schaltung ist ein schönes Beispiel, wie man mit minimalem 
Aufwand ein gewünschtes Ziel erreichen kann, weil die Nebenwirkungen an 
anderer Stelle beseitigt werden (AM im FM-Empfänger durch dessen 
Begrenzungsfunktion).

Nachteil ist, daß nur wenig wirklich reproduzierbares passiert. Ein 
anderer Transistrotyp wird einen anderen NF-Pegel für den gleichen 
Modulationshub benötigen, für den passenden NF-Pegel muß man selbst 
sorgen, die Frequenzkonstanz und Frequenzgenauigkeit dagegen sind 
Temperatur- und Spannungsabhängig. Das überlässt man dann wieder dem 
Empfänger und dessen AFC.

Gruß aus Berlin
Michael

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.