Dieser
langsame, weiche Blinker wurde im Conrad-Lernpaket "Elektronik verstehen
und anwenden" vorgestellt. Winfried Standecker frage nun nach den
Berechnungsformeln dazu. Es handelt sich um einen Phasenschieber-Oszillator. Er
besteht im Prinzip aus einem Verstärker mit einer Phasendrehung von 180 Grad.
Im Rückkoppelzweig befindet sich ein RC-Netzwerk, das die Phase ebenfalls um
180 Grad drehen soll. Damit ist die Bedingung für einen Oszillator erfüllt.
Die genaue Berechnung ist sehr schwierig. Ich verwende daher nur Abschätzungen.
Außerdem bin ich in der Wahl der Bauteile eingeschränkt und muss nehmen, was da
ist. Der mittlere Arbeitspunkt wird durch die Kennlinie des FET bestimmt und
sollte bei ca. 3 V am Gate liegen. Die Frequenz ergibt sich aus den Widerständen
und Kondensatoren im RC-Netzwerk. Zur ersten Abschätzung verwende ich die
Zeitkonstante T = RC = 22 k * 100 µF = 2,2 s. Da könnte man schätzen, dass
die gesamte Periode mit Anstieg und Abstieg 4,4 s hat. Das würde meine
Vorstellung von einem langsamen Blinker treffen. Es gibt allerdings eine
gegenseitige Beeinflussung der RC-Glieder, die die Phasenverschiebung
reduziert. Die Frequenz muss also etwas höher werden. Dafür hat das letzte
RC-Glied mit 470 k und 10 µF eine Zeitkonstante von 4,7 s. Je höher die
Frequenz, desto stärker dreht sich die Phase, aber desto geringer wird auch die
Signalspannung. Die spannende Frage ist nun: Gibt es eine Frequenz mit
ausreichender Phasenverschiebung und immer noch ausreichender
Gesamtverstärkung? An der Stelle versuche ich gar nicht erst zu rechnen,
sondern probiere es einfach aus. Und es hat funktioniert.
Die Schaltung reagiert übrigens kritisch auf eine Batteriespannung unterhalb 7 V. Bei zu kleiner Spannung kann es vorkommen, dass die Spannungsverstärkung nicht mehr ausreicht, um selbständige Schwingungen aufrechtzuerhalten. Wenn die Schaltung ansonsten korrekt aufgebaut wurde, leuchtet die LED mit konstanter Helligkeit. Entladen Sie dann einen der 100-µF-Elkos durch kurzen Kurzschluss. Es entsteht eine gedämpfte Schwingung, die langsam ausschwingt. Man erkennt, dass die Verstärkung gerade noch nicht ausreicht, um die Schwingungen zu erhalten. Mit mehr Spannung sollte dann alles wie gewünscht funktionieren.
Bei der Abschätzung könnte ich auch von der Grenzfrequenz eines RC-Glieds ausgehen: f = 1 / (2 Pi L C). Die Frequenz wäre dann etwa dreifach tiefer. Aber bei der Grenzfrequenz beträgt die Phasendrehung nur 45 Grad, ich brauche aber im Duschschnitt 60 Grad. also muss die Frequenz doch wieder höher liegen.Jetzt könnte man noch mit dem Oszilloskop die Frequenz und alle Spannungen nachmessen: Welche Phasenverschiebung wird bei jedem der drei Elkos erreicht, und wie groß ist jeweils die Signalspannung? Und muss ich tatsächlich 180 Grad erreichen, oder reicht bei großer Verstärkung auch schon etwas weniger?
Hier eine Schaltungsanalyse eines smarten LCD EL-Converters. Leider stimmen die gemessene und simulierte EL AC-Ausgangsspannungen nicht überein. Die Induktivität "L2" konnte u.a. wegen dem hohen Serienwiderstand von 2K4 nicht gemessen werden.
(Update 10.9.18)
(B.K.) Die Messung zeigt sekundär 208 Vss und primär 9Vss. Daraus ergibt sich ein Wicklungsverhältnis von 23,3. Wenn die Induktivität der Primärseite mit 10 mH gemessen werden konnte, müsste die Primärseite 10 mH * 23,3*23,3 = 5,44 H haben. Dann ergibt sich mit 14 nF eine Resonanz bei 576 Hz, was ja relativ gut stimmt. 5 H auf so einem kleinen Trafo ist erstaunlich. Da kann man sich vorstellen, dass die Wicklung sehr hochohmig ist.
Korrekturen: Die L2-Induktivität wurde auf 5 H geändert. Ausgangslast nach Datenblatt: 20 Meg & 16 nF. Das Simulationsergebnis wurde weggelassen, da die gemessene VSS mit Oszi mit der Simulation nicht übereistimmte. Zu den Daten des Trafo konnte mir ein FAE von Fa. Würth auch nicht weiterhelfen. Ich bin immer wieder von smarten Schaltungen mit nur einen Transitor faziniert! EL-Converter-V3.pdf
Siehe auch die von mir etwa 1972 entwickelte Schaltung: DC/DC Voltage Booster