Emitterfolger Oszillator

[Antimodes (Gast)]

Hallo an alle,

da mir hier vor einiger Zeit geraten wurde, mich in meinem Lernprozess 
insbesondere am Anfang etwas mit Oszillatoren zu beschäftigen, habe ich 
das auch gemacht. Steinig, aber ich komme voran.
Meine Frage kam bei einem Video auf, wo ein Collpitts Oszillator mit 
Quarz in Emitterschaltung erklärt wird: 
https://www.youtube.com/watch?v=dv3vuUM2cI0

dabei wird bei 23:15 erklärt, dass die Reaktanz der beiden 82 pF 
Kondensatoren im Schwingkreis so wirken, dass sie mit gm des Transistors 
multipliziert werden und darum so groß sind, dass der Quarz nicht 
schlimm gedämpft wird. Warum ist das so? Und auch warum gelten diese 
anscheinend als parallel? Er addiert die Reaktanzen - damit sind sie ja 
parallel zu betrachten. Das wird dann mit gm multipliziert. Ich kämpfe 
die ganze Woche damit, das auch wirklich zu raffen.

Vielleicht findet der eine oder andere "Analog-Guru" ja die Zeit und 
erklärt mir die Sache. Der Autor des Videos ist ansonsten für mich 
perfekt, er erklärt in für mich angenehmen Tempo und auch für Profis 
triviale Sachen werden nicht unangesprochen vorausgesetzt.....aber da 
hörte es bei mir auf.


Danke und schönes Wochenende an alle!

[Michael M. (michaelm)]

Moin,

vielleicht hilft dieses Video zusätzlich deine Frage(n) zu klären:
https://www.youtube.com/watch?v=I4bAfDu6F1k

Das Thema wäre vielleicht im HF-Forum noch besser aufgehoben... ;-)

Michael

[Lutz V. (lvw)]

Antimodes schrieb:
> Vielleicht findet der eine oder andere "Analog-Guru" ja die Zeit und
> erklärt mir die Sache.

Na ja....Analog.Guru....?
Auf jeden Fall kann ich versuchen, Dir die Schaltung zu erklären. Das 
ist ja eigentlich das Wichtigste für eine erfolgreiche Dimensionierung.

* Du kennst die Schwingbedingung von Barkhausen? Die muss man erfüllen 
bzw. prüfen, ob bzw. wann diese erfüllt ist. Dazu muss man die 
Schleifenverstärkung (loop gain) untersuchen.

* Und das ist bei dieser Schaltung (eigentlich eine Variante vom 
Colpitt-Osz., die man auch Clapp-Oszillator nenent) etwas problematisch, 
da man nicht ohne weiteres sieht, dass die Schleifenverstärkung größer 
als "1" werden kann. Dazu dienen die - für mich etwas umständlich 
anmutenden - langwierigen Erklärungen im Video zur Funktion des 
"umgedrehten" Spannungsteilers.

* Jetzt kommt ein Trick: Masse-Verschiebung. Die Festlegung eines 
gemeinsamen Bezugs-Potentials (Masse) ist eine willkürliche 
Entscheidung, die auch geändert werden kann, ohne die Funktiuon der 
Schaltung zu beeinflussen (man muss ja nicht auf ein masse-bezogenes 
Eingangssignal Rücksicht nehgmen).
Das ganze nennt sich "virtual ground method". Und dann erscheint der 
Transistor in Emitterschaltung mit einem Rückkopplungs-Netzwerk, dass 
optisch erkennbar und gut zu verstehen ist.

* Vorgehensweise: Die NICHT signal-relevanten Teile und Zweige werden 
erst einmal weggelassen (Betriebsspannung und Spannungsteiler an der 
Basis). Dann wird der gemeinsame Massepunkt auf den Emitter gelegt. 
Natürlich müssen alle Verbindungen unter den Bateilen erhalten bleiben. 
Wenn man dann neu zeichnet, sieht man deutlich, dass der Transistor in 
Emitterschaltung betrieben wird und der Kollektor über ein 
Rückkopplungsnetzwerk an die Basis angeschlossen ist. Achtung: Der 
Kollektor lag vorher (signalmässig) auch auf Masse. Also: Mit allen 
Teilen verbinden, die vorher auch auf Masse lagen.

* Schaltung (nur signal-relevante Teile):
Emitterschaltung mit RE (vom Kollektor) nach Masse und Rückkopplung über 
ein Tiefpass-Filter 3. Ordnung, wobei die Oszillatorfrequenz diejenige 
ist, bei der das Filter 180 Grad phasendrehung erzeugt. Damit ist die 
Schleifenverstärkung über die Transistorsteilheit gm und die 
Parallelschaltung aus Widerstand und Rückkopplungs-Netzwerk leicht zu 
berechnen.
(Ich kann mir die Bemerkung nicht verkneifen - einige werden sich 
erinnern: Natürlich führt hier NUR der Ansatz des spannungsgesteuerten 
Transistors zum Erfolg!)

Zum Tiefpass (Kettenleiter-Struktur):
r_out (BJT)-C2 nach Masse und vom Knotenpunkt L-C1 nach Masse. Die Mitte 
zwischen C1 und L geht an die Basis. Die Induktivität L wird natürlich 
durch den Quarz realisiert, denn weder Serien- noch Parallelresonanz 
können die Schwingbedingug erfüllen.

(Wenn Du es nicht hinbekommst - die Umzeichnung - melde Dich!)

Literatur dazu (google): S. Alechno, Oscillators: A new look at an old 
model.

[Lutz V. (lvw)]

Hier habe ich das Vorgehen kurz skizziert (Anhang)

[Günter Lenz (Gast)]

von Antimodes schrieb:
>und darum so groß sind, dass der Quarz nicht
>schlimm gedämpft wird. Warum ist das so?

Die Betriebsgüte und Frequenzstabilität wird besser
wenn man C1 und C2 möglichts groß macht, der Transistor
ist dann nicht so fest an den Schwingkreis gekoppelt.
Aber wenn sie zu groß sind setzen die Schwingungen
irgendwann aus. Ich mache C1 immer etwa 5*C2.
C1 bestimmt die Rückkopplung, je größer C1 um so
geringer ist die Rückkopplung. Die Verstärkung der
heutigen Transistoren ist so hoch, daß sie damit noch
sicher anschwingen. Die Rückkopplung braucht
nur so groß sein das der Oszillator sicher anschwingt.
Das gilt eigentlich für jeden Oszillator.
Man kann statt den Quarz auch eine Spule einsetzen,
funktioniert auch. Die Schwingkreiskapazität ist dann
die Reihenschaltung aller drei Kondensatoren.