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/info/p60_B018-KEMO-Bausatz-UKW-Oszillator-2W.html 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 :)
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
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
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
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
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.
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
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?
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
Super, ich glaub ich habs jetzt allmählich begriffen. Danke für eure Hilfe :) Schöne Grüße Paul
>>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.
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
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
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