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Hallo,

ich beschäftige mich mit Oszillatoren, und stelle mir gerade die Frage, wie so ein Teil zu schwingen beginnt? Z.B. ein Ringoszillator:
https://de.wikipedia.org/wiki/Ringoszillator#:~:text=Ein%20Ringoszillator%20ist%20eine%20elektronische,Frequenzen%20mit%20nicht%2Dsinusf%C3%B6rmigen%20Signalen.

Wenn das einmal eingeschwungen ist ist es klar, dann oszilliert das Ding, aber wie beginnt es zu oszillieren? Ist bei Oszillatoren generell ein Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen die alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren) selbstständig zu schwingen an?

Danke!

Hallo Fabian
Damit eine Oszillatorschaltung anschwingen kann, muss die Verstärkung >1 betragen und eine Phasenverschiebung vorhanden sein. Damit die Amplitude dann nicht immer grösser wird, muss im eingeschwungenen Zustand die Verstärkung zurückgeregelt werden.
Dazu gibt es eine lustige Grundregel : Versucht man, einen Verstärker zu bauen, osziliiert die Schaltung. Versucht man einen Oszillator zu bauen, verstärkt die Schaltung nur.
Mit vielen freundlichen Grüsssen Thomas

» Hallo Fabian
» Damit eine Oszillatorschaltung anschwingen kann, muss die Verstärkung >1
» betragen und eine Phasenverschiebung vorhanden sein. Damit die Amplitude
» dann nicht immer grösser wird, muss im eingeschwungenen Zustand die
» Verstärkung zurückgeregelt werden.
» Dazu gibt es eine lustige Grundregel : Versucht man, einen Verstärker zu
» bauen, osziliiert die Schaltung. Versucht man einen Oszillator zu bauen,
» verstärkt die Schaltung nur.
» MIt vielen freundlichen Grüsssen Thomas

Das bedeutet, wenn man eine Oszillatorschaltung baut, bei der die Verstärkung im Verstärkungspfad >1 ist (das ist ja ohnehin die Amplitudenbedingung, nachdem man generell kein ideales System hat, das mit gewissen Verlusten behaftet ist), und die Phasendrehung im Rückkoppelpfad die Phasendrehung des Verstärkers ausgleicht (Phasenbedingung), dann fängt das Ding selbstständig zu schwingen an?

» Hallo,
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» ich beschäftige mich mit Oszillatoren, und stelle mir gerade die Frage, wie
» so ein Teil zu schwingen beginnt? Z.B. ein Ringoszillator:
» https://de.wikipedia.org/wiki/Ringoszillator#:~:text=Ein%20Ringoszillator%20ist%20eine%20elektronische,Frequenzen%20mit%20nicht%2Dsinusf%C3%B6rmigen%20Signalen.
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» Wenn das einmal eingeschwungen ist ist es klar, dann oszilliert das Ding,
» aber wie beginnt es zu oszillieren? Ist bei Oszillatoren generell ein
» Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen die
» alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren) selbstständig zu
» schwingen an?

Kleinste Störungen des elektronischen Gleichgewichtes wie Rauschen oder EMV-Einstrahlung werden verstärkt, die passende Frequenz wird ausgefiltert. Innerhalb kurzer Zeit bildet sich dann die richtige Schwingung.

» » Hallo,
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» » ich beschäftige mich mit Oszillatoren, und stelle mir gerade die Frage,
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» » so ein Teil zu schwingen beginnt? Z.B. ein Ringoszillator:
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» Ding,
» » aber wie beginnt es zu oszillieren? Ist bei Oszillatoren generell ein
» » Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen die
» » alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren) selbstständig
» zu
» » schwingen an?
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» Kleinste Störungen des elektronischen Gleichgewichtes wie Rauschen oder
» EMV-Einstrahlung werden verstärkt, die passende Frequenz wird ausgefiltert.
» Innerhalb kurzer Zeit bildet sich dann die richtige Schwingung.

Das ist eine perfekte Antwort, danke! D.h. Rauschen oder kleine Störungen hat man prinzipiell immer und durch die positive Rückkopplung kommt es innerhalb kürzester Zeit zur gewollten Schwingung, korrekt?

Gibt es auch Oszillatoren, die eine Anregung erfordern? In einem Schwingkreis z.B. wird ja immer ein elektrisches Feld gegen ein magnetisches zur Speicherung von Energie getauscht... Irgendwoher muss die Energie anfangs ja kommen. Andererseits ist ein einfacher Schwingkreis kein Oszillator, weil ohne Rückkopplung und wegen des realen Systems auch abklingend... Aber das Prinzip der Frage sollte damit klar sein - gibt es auch Oszillatoren, die eine anfängliche Anregung erfordern?

Danke!

» » » Hallo,
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» » » ich beschäftige mich mit Oszillatoren, und stelle mir gerade die
» Frage,
» » wie
» » » so ein Teil zu schwingen beginnt? Z.B. ein Ringoszillator:
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» » Ding,
» » » aber wie beginnt es zu oszillieren? Ist bei Oszillatoren generell ein
» » » Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen
» die
» » » alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren)
» selbstständig
» » zu
» » » schwingen an?
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» » Kleinste Störungen des elektronischen Gleichgewichtes wie Rauschen oder
» » EMV-Einstrahlung werden verstärkt, die passende Frequenz wird
» ausgefiltert.
» » Innerhalb kurzer Zeit bildet sich dann die richtige Schwingung.
»
» Das ist eine perfekte Antwort, danke! D.h. Rauschen oder kleine Störungen
» hat man prinzipiell immer und durch die positive Rückkopplung kommt es
» innerhalb kürzester Zeit zur gewollten Schwingung, korrekt?
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» Gibt es auch Oszillatoren, die eine Anregung erfordern? In einem
» Schwingkreis z.B. wird ja immer ein elektrisches Feld gegen ein
» magnetisches zur Speicherung von Energie getauscht... Irgendwoher muss die
» Energie anfangs ja kommen. Andererseits ist ein einfacher Schwingkreis kein
» Oszillator, weil ohne Rückkopplung und wegen des realen Systems auch
» abklingend... Aber das Prinzip der Frage sollte damit klar sein - gibt es
» auch Oszillatoren, die eine anfängliche Anregung erfordern?
»
» Danke!

Hier ein Ausschnitt meines Rhythmusgenerators, das sind hier u.a. 4 Oszillatoren, die angestupst werden und eine abklingende Schwingung verursachen, Trommel, Bongo, snaredrum und so, Becken/Blech...

...mom. Bild kommt noch

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greets from aix-la-chapelle

Matthes

» Das ist eine perfekte Antwort, danke! D.h. Rauschen oder kleine Störungen
» hat man prinzipiell immer und durch die positive Rückkopplung kommt es
» innerhalb kürzester Zeit zur gewollten Schwingung, korrekt?
»
» Gibt es auch Oszillatoren, die eine Anregung erfordern? In einem
» Schwingkreis z.B. wird ja immer ein elektrisches Feld gegen ein
» magnetisches zur Speicherung von Energie getauscht...

Es gibt ja auch noch astabile Multivibratoren, Quarzoszillatoren, in der IC-Technik finden sich oft Oszillatoren bestehend aus 3 Invertern oder 1 Schmitt-Trigger usw.
Der LC-Schwingkreis samt magnetischer Speicherung ist heutzutage eher selten im Oszillator anzutreffen.

Bedingung für das Anschwingen ist oft eine Verstärkung >1. Dazu brauchen Transistoren zumeist Widerstände, die sie in den Arbeitspunkt hoher Verstärkung bringen, z.B. mit einem Basiswiderstand. Bei PC-Netzteilen andererseits wird der Oszillator aus der Schwingung des Netzteiltransformators versorgt. Das geht logischerweise erst, nachdem er angeschwungen ist. Hier hilft ein Widerstand, der einen kleinen Strom als Starthilfe einspeist.

In der SLUA143, zu finden mit dem Suchbefehl:
uc3842 application note slua143
findest du folgende Schaltung:



Hier sieht man schön, wie über Rin ein Hilfsstrom zum Anschwingen erzeugt wird. Man könnte hier auch einen Taster einfügen, sodass die Schwingung mit einem Knopfdruck angeregt wird und dann dauerhaft weiter schwingt.

Bei PC-Netzteilen
» andererseits wird der Oszillator aus der Schwingung des
» Netzteiltransformators versorgt. Das geht logischerweise erst, nachdem er
» angeschwungen ist. Hier hilft ein Widerstand, der einen kleinen Strom als
» Starthilfe einspeist.
»
Dieser Widerstand stellt die Stomversorgung im Einschaltmoment des IC sicher.
Die Schwingung wird anderweitig erzeugt.

» Gibt es auch Oszillatoren, die eine Anregung erfordern?

Hallo,
eine spezielle Oszillatorschaltung in der Elektronik kenne ich diesbezüglich nicht. Wie erwähnt, benötigen z. B. Netzteile mit induktivem Wandler eine Hilfsspannung, da sie ihre eigene Versorgungsspannung erzeugen müssen - d. h. der im Oszillatorkreis befindliche Verstärker braucht eine Versorgungsspannung, um die Bedingung v>1 zu erfüllen.
Du meinst aber offenbar eine Schaltung vergleichbar mit dem mechanischen Oszillator einer Uhr, basierend auf der Unruh. Das Uhrwerk, gerade bei größeren Uhren, läuft ja erst nach "Anstoß" von aussen an, auch wenn zuvor alle erforderlichen Betriebsbedingungen erfüllt sind.
Es gibt diese Oszillatoren in der Elektronik auch, sie wachsen oder wuchern gar auf mysteriöse Art und Weise in Selbstbauprojekten, in denen dann z.B. ein "Schaltknacks" im Netz oder auf dem Basteltisch die wildesten Schwingungen im Aufbau auslöst Ähnlich ist es mit Rückkopplungen in der Akustik. Aber eine Oszillator Grundschaltung mit dieser Eigenschaft als charakteristisches Merkmal fällt mir nicht ein.


Grüße
Hartwig

» Bedingung für das Anschwingen ist oft eine Verstärkung >1. Dazu brauchen
Die Wien Brücke braucht >3 und wenn sie dann schwingt, muss man die Verstärkung begrenzen. Ich habe noch so ein Schätzchen
http://bee.mif.pg.gda.pl/ciasteczkowypotwor/Pracitronic/GF22.pdf
Und da ist dann ein Kaltleiter drin um die Verstärkung zu begrenzen, damit der Sinus nicht irgendwann zu Rechteck wird

» Z.B. ein Ringoszillator:
Ganz ungünstiges Beispiel - insbesondere für den Einstieg.
Dieser schwingt nur, weil zwischen Signalwechsel am Eingang eines Gatters und dem Signalwechsel an dessen Ausgang eine Zeitdifferenz besteht (die Laufzeit des Signals) im Bereich Nanosekunden, folglich nur für sehr hohe Frequenzen geeignet und dazu noch ungenau. Niemand schafft es, mit diesem Konstrukt eine niedrige (zB. hörbare) Frequenz zu generieren.
» Ist bei Oszillatoren generell ein
» Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen die
» alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren) selbstständig zu
» schwingen an?
Letzteres.
Bei der Frage, wie die Schwingung beginnt, muss man unterscheiden zwischen analog (zB. sinusähnlich) und binär (Rechteck).
Ersteres schwingt an durch verstärktes Rauschen, wie es bereits beschrieben wurde. Jeder Leiter, Transistor, Widerstand, Ladungsträger rauscht von sich aus. Die angestrebte Frequenz wird durch Dimensionierung der Bauteile erreicht.
Ein Rechteckgenerator (zB. astabiler Mulivibrator mit NE555 oder 1/6 CD40106) startet anderweitig: an einem RC-Glied ändert sich die Spannung (am Kondensator) durch Auf- oder Entladung bis eine Triggerschwelle über-/unterschritten wird...
siehe zB.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310131.htm

» » Gibt es auch Oszillatoren, die eine Anregung erfordern?
»
» Hallo,
» eine spezielle Oszillatorschaltung in der Elektronik kenne ich
» diesbezüglich nicht. Wie erwähnt, benötigen z. B. Netzteile mit induktivem
» Wandler eine Hilfsspannung, da sie ihre eigene Versorgungsspannung erzeugen
» müssen - d. h. der im Oszillatorkreis befindliche Verstärker braucht eine
» Versorgungsspannung, um die Bedingung v>1 zu erfüllen.
» Du meinst aber offenbar eine Schaltung vergleichbar mit dem mechanischen
» Oszillator einer Uhr, basierend auf der Unruh. Das Uhrwerk, gerade bei
» größeren Uhren, läuft ja erst nach "Anstoß" von aussen an, auch wenn zuvor
» alle erforderlichen Betriebsbedingungen erfüllt sind.
» Es gibt diese Oszillatoren in der Elektronik auch, sie wachsen oder wuchern
» gar auf mysteriöse Art und Weise in Selbstbauprojekten, in denen dann z.B.
» ein "Schaltknacks" im Netz oder auf dem Basteltisch die wildesten
» Schwingungen im Aufbau auslöst Ähnlich ist es mit Rückkopplungen in der
» Akustik. Aber eine Oszillator Grundschaltung mit dieser Eigenschaft als
» charakteristisches Merkmal fällt mir nicht ein.
»
»
» Grüße
» Hartwig


Super danke!

Eine Frage stellt sich mir trotzdem noch: Wenn man sich die Schwingbedingungen anschaut, dann gleicht ja der verstärkervierpol mit der Verstärkung die Dämpfung des Rückkoppelvierpol aus - die Schliefenverstärkung beträgt dann 1.

Wie kann es dann sein, dass bei Sinusoszillatoren es durch Rauschen / Störungen etc zum selbstständigen Schwingen kommt, das Signal wird doch mit der Schleifenverstärkung von 1 nie verstärkt, damit es auf der gleichen Amplitude bleibt und es zu einer stabilen Schwingung kommt?!

» » Ist bei Oszillatoren generell ein
» » Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen die
» » alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren) selbstständig
» zu
» » schwingen an?
» Letzteres.
» Bei der Frage, wie die Schwingung beginnt, muss man unterscheiden zwischen
» analog (zB. sinusähnlich) und binär (Rechteck).
» Ersteres schwingt an durch verstärktes Rauschen, wie es bereits beschrieben
» wurde. Jeder Leiter, Transistor, Widerstand, Ladungsträger rauscht von sich
» aus. Die angestrebte Frequenz wird durch Dimensionierung der Bauteile
» erreicht.

Danke für diese ausführliche Antwort. Aber ganz verstehe ich das noch nicht, siehe auch den Beitrag oben weiter von mir: Wenn die Schleifenverstärkung des Oszillators 1 ist (und das ist ja eine notwendige Amplitudenbedingung für eine stabile Schwingung), dann kann es doch nie zu einer Verstärkung kommen?

Danke

» » » Ist bei Oszillatoren generell ein
» » » Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen
» die
» » » alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren)
» selbstständig
» » zu
» » » schwingen an?
» » Letzteres.
» » Bei der Frage, wie die Schwingung beginnt, muss man unterscheiden
» zwischen
» » analog (zB. sinusähnlich) und binär (Rechteck).
» » Ersteres schwingt an durch verstärktes Rauschen, wie es bereits
» beschrieben
» » wurde. Jeder Leiter, Transistor, Widerstand, Ladungsträger rauscht von
» sich
» » aus. Die angestrebte Frequenz wird durch Dimensionierung der Bauteile
» » erreicht.
»
» Danke für diese ausführliche Antwort. Aber ganz verstehe ich das noch
» nicht, siehe auch den Beitrag oben weiter von mir: Wenn die
» Schleifenverstärkung des Oszillators 1 ist (und das ist ja eine notwendige
» Amplitudenbedingung für eine stabile Schwingung), dann kann es doch nie zu
» einer Verstärkung kommen?
»
» Danke

Schau die die Daten von Transistoren an. Der hfe ist vom Strom abhängig. Bei höherer Aussteuerung wird die Verstärkung kleiner. Oder die Verstärkung reduziert sich, weil Transistoren in den Bereich der Begrenzung geraten. Bei Sinusgeneratoren findet dann oft noch eine Regelung statt, die Verstärkung wird reduziert, um den Signalpegel konstant zu halten.

» » » » Ist bei Oszillatoren generell ein
» » » » Anstoß in Form irgendeines Impulses von Außen notwendig, oder fangen
» » die
» » » » alle (egal ob Sinusoszillatoren oder Rechteckoszillatoren)
» » selbstständig
» » » zu
» » » » schwingen an?
» » » Letzteres.
» » » Bei der Frage, wie die Schwingung beginnt, muss man unterscheiden
» » zwischen
» » » analog (zB. sinusähnlich) und binär (Rechteck).
» » » Ersteres schwingt an durch verstärktes Rauschen, wie es bereits
» » beschrieben
» » » wurde. Jeder Leiter, Transistor, Widerstand, Ladungsträger rauscht von
» » sich
» » » aus. Die angestrebte Frequenz wird durch Dimensionierung der Bauteile
» » » erreicht.
» »
» » Danke für diese ausführliche Antwort. Aber ganz verstehe ich das noch
» » nicht, siehe auch den Beitrag oben weiter von mir: Wenn die
» » Schleifenverstärkung des Oszillators 1 ist (und das ist ja eine
» notwendige
» » Amplitudenbedingung für eine stabile Schwingung), dann kann es doch nie
» zu
» » einer Verstärkung kommen?
» »
» » Danke
»
» Schau die die Daten von Transistoren an. Der hfe ist vom Strom abhängig.
» Bei höherer Aussteuerung wird die Verstärkung kleiner. Oder die Verstärkung
» reduziert sich, weil Transistoren in den Bereich der Begrenzung geraten.
» Bei Sinusgeneratoren findet dann oft noch eine Regelung statt, die
» Verstärkung wird reduziert, um den Signalpegel konstant zu halten.

Perfekt, danke!