Ein Phasenschieber-Sinusgenerator        


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 Das Schaltbild PhasenOszillator.asc

(Kap. 1 aus dem Manuskript zum Lernpaket Elektronische Schaltungen, im Lernpaket als Kap 2. Das Lernpaket verwendet verbesserte Bilder und ein anderes Layout.) Mit LTspice bekommt man beliebige Signalgeneratoren gratis auf den Tisch, aber eben nur in der Simulation. In vielen Labors stehen auch reale Geräte bereit. Aber wer noch keinen geeigneten Generator besitzt, sollte sich einen bauen. Hier wird eine passende Schaltung in der Simulation entwickelt und praktisch aufgebaut. Der einfache Sinusgenerator dient dann später für praktische Versuche und die Untersuchung von Verstärkerschaltungen. Das entspricht der allgemeinen Linie dieses Pakets, die Ergebnisse der Simulation mit der Realität zu vergleichen.

Die Entwicklung eines Sinusgenerators greift in gewisser Weise den Untersuchungen einfacher Transistorschaltungen vor. Es kann deshalb an dieser Stelle noch nicht jeder Aspekt der Schaltungen genau beleuchtet werden. Dafür erhält man aber ein Werkzeug, das für die späteren Untersuchungen an Grundschaltungen umso nützlicher ist. Es kann sich dann lohnen, das erste Kapitel noch einmal mit andern Augen zu lesen.

Diese bekannte Schaltung bildet einen einfachen Sinusgenerator mit nur einem Transistor. Die Verstärkerstufe in Emitterschaltung  bewirkt eine Phasenumkehr eines Eingangssignals. Drei RC-Glieder bringen zusammen eine Phasendrehung von 180 °, sodass aus der Gegenkopplung eine Rückkopplung wird. Damit ist die Schwingungsbedingung erfüllt, womit aus dem Verstärker ein Oszillator wird.

Die Simulation zeigt die Signalspannung am Kollektor des Transistors. Man erkennt, dass die Schaltung rund 20 ms braucht, um anzuschwingen. Das Signal beginnt als sehr kleine Sinusschwingung, die exponentiell ansteigt. Im eingeschwungenen Zustand erkennt man eine Übersteuerung mit gewissen Verzerrungen, also Abweichungen von der reinen Sinus-Form. 

Beginn der Schwingungen

Der Oszillator liefert eine Frequenz von rund 500 Hz, die gut hörbar sein sollte. Für einen praktischen Aufbau der Schaltung bietet es sich an, einen Kopfhörer in Reihe zum Kollektorwiderstand einzufügen. Alternativ kann auch ein parallel angeschlossener Piezo-Lautsprecher verwendet werden. Die Schaltung liefert tatsächlich einen gut hörbaren, sehr reinen Ton.

Aufbau mit Piezo-Lautsprecher 

 

Oszillogramm des Ausgangssignals
 

Am Oszilloskop erkennt man eine ähnliche Kurvenform wie in der Simulation und eine Signalfrequenz von 500 Hz. Allerdings ist das verzögerte Anschwingen schwer zu entdecken. Wenn die Batterie eingeschaltet wird, ist die Schwingung praktisch sofort da. Wenn man dagegen bei eingeschalteter Batterie einen Kondensator aus der Schaltung nimmt und dann wieder einfügt, kann das verzögerte Anschwingen beobachtet werden.

Noch besser geht es, wenn man einen Widerstand in Reihe zu einem der Kondensatoren legt. Dann hören alle Schwingungen auf, aber am Kondensator stellt sich schon die mittlere Gleichspannung ein. Überbrückt man dann den zusätzlichen Widerstand, kommt es zu dem in der Simulation erkennbaren exponentiellen Anschwingen. 

Start und Stopp per Taster

Aufbau mit Tastschalter

 

Mit dieser Änderung hat man zugleich eine weitere Anwendung des Oszillators. Er kann als Morse-Übungsgenerator eingesetzt werden. Das sanfte Anschwingen des Oszillators und das Vermeiden aller Knackgeräusche kommen der realen Telegrafie im Kurzwellenbereich mit ihren bewusst kleinen Übertragungsbandbreiten sehr nahe.

Das Anschwingen des Oszillators

 





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