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HF-Oszillatoren

Elektronische Oszillator-Schaltungen

copyright: Claude Jacobs

Ausdrückliche Warnung des Autors:
Jede Art Oszillatoren, seien sie nun analog oder digital, hoch- oder niederfrequent, können bei nicht fachgemäßer Handhabung, unkontrolliert Störsignale abstrahlen. Auch abgeschirmte und geerdete Gehäuse sind dabei kein unbedingter Schutz, da eine Abstrahlung ebenfalls über die Zuleitungsdrähte erfolgen kann. Arbeiten an Oszillatoren dürfen daher nur von erfahrenen Personen vorgenommen werden! Für weiteren Fragen, Lizenzen und Informationen zu den landesspezifischen Bestimmungen wenden Sie sich bitte an die nächste Postbehörde.

HAFTUNGSAUSSCHLUSS:
Der Autor übernimmt keinerlei Gewähr für die Aktualität, Korrektheit oder Vollständigkeit der bereitgestellten Informationen. Er übernimmt keinerlei Haftung für Schäden materieller oder ideeller Art, die durch die Nutzung der dargebotenen Informationen, verursacht werden.

INDEX

Siehe auch:
Schaltungstechniken in der Hochfrequenz
Regenerativ-Empfänger (Pendler)


VHF / UHF Oszillatoren:

Abb.1, Abb.2 und Abb.3 sind schaltungstechnisch gleichwertige HARTLEY-Oszillatoren. Dadurch daß die Rückkopplung induktiv erfolgt, lassen sie sich auf kleinstem Raum aufbauen. Über die Drossel D1 wird die Mittenanzapfung der Schwingkreisspule mit Strom versorgt. Ersetzt man den kleinen Rückkoppelkondensator Cr durch einen Drehkondensator (z.B. 10p), so läßt sich die Stärke der Rückkopplung einstellen. Je kleiner die Rückkopplung, desto geringer die Verzerrungen.

Einen digital getriggerter Oszillator -wie in Abb.2 dargestellt- findet man häufig in Transceiver zur digitalen Datenübertragung (siehe "Regenerativ-Empfänger" [Seite3] ). Das positive Eingangssignal steuert hier direkt die Basis des Transistors und legt auch dessen Arbeitspunkt fest. Ist am Eingang logisch Null, dann sperrt der Transistor. Der Oszillator schwingt also nur bei logisch Eins, also bei aktiver Datenübertragung, und eignet sich somit wegen dem geringen Stromverbrauch besonders für batteriebetriebene Geräte. Die Drossel D2 und der eingangs nach Null geschaltete Kondensator (hier 100p) dienen dazu, die Hochfrequenzanteile in der Steuerleitung zu unterdrücken.


Die UHF-Schwingkreisspule in Abb.3 besteht nur aus einer einzigen Windung (etwa 1cm Durchmesser), deren Mittenanzapfung in einen Teilbereich der Schleife angelötet ist. Oft sind derart einfachen Spulenformen gleich mit den Leiterbahnen auf die Platine geätzt.

Untere Schaltungen zeigen typische COLPITTS-Oszillatoren. Die Rückkopplung erfolgt über den Kondensator Cr. In vielen Schaltungen ist er weggelassen, da die natürliche Collector-Emitter-Kapazität des Transistors bei hohen Frequenzen meist für die benötigte Rückkopplung ausreicht. In Abb.5 dient eine Kapazitätsdiode (Varaktor) zur Frequenzmodulation. Um den Schwingkreis nicht zu belasten leitet man das Modulationssignal über einen vorgeschalteten hochohmigen Widerstand zu. Wiederum sind die Hochfrequenzanteile dieses Zweiges mit beigefügtem Kondensator und Drossel kurzgeschlossen, damit erstere nicht in die NF-Stufe zurückgelangen.


Der Hochfrequenzabgriff erfolgt meist wie in Abb.4 durch eine eher "lose" Kopplung an die Spule des Schwingkreises. Hinsichtlich der Schaltung kann er aber auch direkt am Schwingkreis andocken (Abb.5), belastet diesen dann aber stärker. Wenn in diesem Fall die nachfolgende Stufe keinen konstanten Eingangswiderstand aufweist (z.B. Antenne), dann werden rückläufig ebenfalls die Oszillatoreigenschaften mitverändert, was meist zur Instabilität der Frequenz und der Amplitude führt. Ein Oszillator sollte also so "frei" wie möglich schwingen können.

Liegt der Schwingkreis mit einem Anschluß an einem festen Potential, dann ist es möglich, mit einem digitalen Steuersignal eine Bereichsumschaltung der Frequenz vorzunehmen. Dazu nutzt man die sperrenden und leitenden Eigenschaften einer Diode. Je nachdem, ob die Diode durchgeschaltet oder gesperrt ist, wird ein Teil der Spulenwindungen überbrückt (kurzgeschlossen) oder freigegeben. Das Steuersignal leitet man über einen hochohmigen Widerstand der Schaltdiode zu. Die meisten VHF-Tuner heutiger Video- und Fernsehgeräte besitzen nur eine einzige Tunerschaltung, deren Eingangs- und Oszillatorkreise mit Schaltdioden zwischen den Bereichen VHF1 und VHF3 wechseln.


Feldeffekt Transistoren:

Feldeffekt- und MOS-FET-Transistoren haben "weichere" Kennlinien als Bipolar-Transistoren. Sie eignen sich für oberwellenarme Generatoren. Der Arbeitsbereich einiger FETs liegt bei Gate-Source = 0V. Ihr Gate kann ohne aufwendige Vorspannung direkt (oder über einen hochohmigen Widerstand) an Masse gelegt werden (Abb.7). Andere benötigen eine positive oder negative Vorpannung. Im letzten Fall (Abb.8) erzeugt man diese Vorspannung (ähnlich wie bei einigen Röhrenschaltungen) mit einem Source-Vorwiderstand.


Einen recht stabilen Oszillator zeigt die Schaltung in Abb.10. Ein Double-Gate-MOSFET bildet den Verstärker. Ein Gate dient zur Einstellung des Arbeitspunktes (häufig auch zur Verstärkungsreglung genutzt), dem anderen führt man das rückzukoppelnde Signal des Schwingkreises zu.



Quarz-Oszillatoren:

Es gibt Schaltungen, die einzig und allein den Quarz als schwingendes Element enthalten. Das Problem solcher Oszillatoren besteht darin, daß der Quarz manchmal auf einer Oberwelle einschwingen kann. Deshalb sollte man grundsätzlich einen Schwingkreis mit in die Schaltung einbeziehen, um den Quarz auf seine Sollfrequenz (oder eben eine seiner harmonischen) zu zwingen.


Eine Drossel im Emitterkreis bewirkt eine stärkere Rückkopplung, wodurch sich auch das Einschwingen vereinfacht (Quarzoszillatoren "springen oft nicht an"). Die folgenden Schaltungen zeigen, dass der Quarz auch als Rückkoppelglied eingesetzt werden kann (siehe hierzu: Digitale Quarzoszillatoren):


Die Resonanzfrequenz eines Quarzes kann man geringfügig verändern, indem man einen Drehkondensator in Serie schaltet. Wird statt des Drehkondensators eine Kapazitätsdiode verwendet, dann entsteht ein spannungsgesteuerter frequenzmodulierbarer Quarzoszillator. Die Frequenzbeeinflussung eines Quarzes ist jedoch meist derart gering, daß eine aufwendige nachfolgende Stufe die Oberwellen des Oszillators herausfiltern und weiterverwenden muß, da deren Frequenzmodulation erst brauchbare Ergebnisse liefert.



Schlussbemerkung:

Alle Oszillatorschaltungen -insbesondere solche ohne Quarz- sollten mit Spannungsregler betrieben werden. Kleinste Änderungen der Versorgungsspannung, der elektrischen (und auch mechanischen) Belastung usw. führen unweigerlich zu Frequenz- und Amplitudenveränderungen. Auch austretende Strahlung belastet den Oszillator. Daher ist es notwendig, ebenfalls alle Zu- und Ableitungen sorgfältig mit Kondensatoren oder Drossel von den hochfrequenzbehafteten Elementen abzukoppeln.

copyright 2002: Claude Jacobs

Siehe auch:
Schaltungstechniken in der Hochfrequenz
Regenerativ-Empfänger (Pendler)


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