Oszillatoren

Ein Oszillator ist ein selbsttätiger Schwingungserzeuger. Die Prinzipschaltung des Oszillators besteht aus einer frequenzbestimmenden Baugruppe. Bspw. eine Widerstand-Spule- oder Spule-Kondensator-Kombination. Danach folgt eine Amplitudenbegrenzung mit einem Verstärker. Diese Schaltung sorgt für eine Phasenverschiebung zum Signal der Frequenzbestimmenden Baugruppe. Der Ausgang des Verstärkers wird an den Eingang dieser Baugruppe kapazitiv (mit Kondensator) oder induktiv (mit Spule/Induktivität) zurückgekoppelt.

Prinzipschaltung eines Oszillators

Winkel Lambda λ: Phasenverschiebung des Verstärkers
Winkel Phi φ: Phasenverschiebung der restlichen Schaltung

Vorraussetzung zur Schwingungserzeugung

  1. Ringverstärkung
    Spannungsverstärkung des Verstärkers Spannungsverstärkung des Verstärkers vu.

    Rückkopplungsfaktor k auf den Verstärker bezogen Rückkopplungsfaktor k auf den Verstärker bezogen.

    Formel Der Verstärker muss den Energieverlust der Rückkopplung ausgleichen.

  2. Phasenbedingung
    Für eine Mitkopplung muss die Eingangsspannung des Verstärkers in Phase zur eingestellten Spannung stehen.
    Formel

In jeder Schaltung gibt es ein Rauschen in allen Frequenzen im ÁV-Bereich. Das ist meistens unerwünscht. Nicht so in einem Oszillator. Das Rauschen in einer Schaltung ist die Anfangsfrequenz, die den Oszillator zum Anschwingen anregt:

Formel

Das kann eine Oberwelle beim Einschalten des Oszillators sein. Stimmen Ringverstärkung und Phasenbedingung, so kommt es zum gleichmäßigen Schwingen:

Formel

Zusammenfassung

Ein Oszillator kann nur dann schwingen, wenn er ein verstärkendes Element enthält, dessen Ausgangsspannung auf den Eingang rückgekoppelt ist, und wenn 2 Bedingungen erfüllt sind.

  1. Das Signal durchläuft vom Eingang bis zurück zum Eingang einmal das verstärkende Element mit einem durch die Schaltung vorgegebenen Verstärkungsfaktor. Das Produkt aus Verstärkung und Dämpfung muss größer eins sein.
  2. Das Signal erfährt auf seinem Weg vom Verstärkerausgang zurück zum Eingang eine gewisse Dämpfung. Das Signal muss beim Wiedereintreffen am Verstärkereingang so gepolt sein bzw. eine solche Phasenlage haben, dass es das am Eingang wirkende Signal verstärkt. Das ist die sogenannte Phasenbedingung.

Sind beide Bedingungen erfüllt, dann kann ein beliebiges am Eingang wirkendes Signal (z. B. eine Rauschspannung) bewirken, dass ein sich selbst aufbauender und unterhaltender Schwingungsvorgang entsteht.

Anwendungen und Schaltungen

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