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Oszillator mit NEGISTOR

"NDR Oscillator", "Negative Differential Resistance Oscillator", "NEGISTOR Oscillator"

copyright 2002: Claude Jacobs

INDEX

Ein "exotischer" Sägezahngenerator

Die möglicherweise sonderbarste Oszillatorschaltung zeigt Abb.1. Sie besteht aus nur drei Bauteilen, und der Transistor wird "falschherum" gepolt. Seine Basis ist nicht angeschlossen. Ob überhaupt Schwingungen einsetzen, hängt jedoch vom Transistor-Typ ab (z.B. BC337, BC546, 2N2222, 2N2218, 2N697, MPS-5172, BF494). Nicht alle Typen sind dafür geeignet! Die Schaltung nutzt die Eigenschaft des Transistors, als "negativer differentieller Widerstand" (engl.: negative differential resistance) betrieben zu werden ("NEGISTOR"). Da der nutzbare "Avalanche"-Effekt dem einer Tunneldiode ähnelt, wird ein so geschalteter (kostengünstiger) Transistor manchmal auch als poor-man's-tunnel-diode bezeichnet. Die hier gezeigte Schaltung funktioniert bei Betriebsspannungen von ca. 10V aufwärts, und die Ausgangsamplitude der enstehenden Sägezahnspannung beträgt etwa 4V. Diese Amplitude bleibt auch bei Frequenz- oder Betriebsspannungsänderungen weitaus konstant!

Wird nach Abb.2 ein Potentiometer eingefügt, so kann die Frequenz in einem sehr weiten Bereich verändert werden. Der über den Transistor fließende Entladestrom reicht aus, um im Frequenztakt Leuchtdioden anzusteuern (Abb.3). Auf diese Weise kann eine einfache Blinkschaltung -oder mit weißen LEDs bereits ein kleines Stroboskop- mit nur vier oder fünf Bauelementen angefertigt werden. Abb.4 zeigt eine einfache VCO-Schaltung (Voltage Controlled Oscillator = spannungsgesteuerter Oszillator). Der Frequenzgang ist natürlich nicht mit anderen VCOs vergleichbar. Da die Amplitude jedoch konstant bleibt, eignet sich dieser Aufbau durchaus für manche Zwecke. Etwas verbesserte VCO-Eigenschaften erreicht man bei den Schaltungen mit Konstanstromquelle (weiter unten), indem man eine der Basisspannungen dieser Quelle variiert.

Bei höheren Versorgungsspannungen (etwa 20V) werden die Flanken der Sägezahnimpulse linearer, da nur ein kleinerer Teilbereich der Kondensator-Ladungskurve ausgenutzt wird (siehe hierzu auch Dreieck-/Sägezahn mit OPs ). Eine nahezu ideale Verbesserung der Flankenlinearität erzielt man, wenn der Kondensator mit einer Konstantstromquelle geladen wird. Die beiden Beispiele in Abb.5 und 6 liefern bereits bei 10V hervorragende Ergebnisse. Es ist eigentlich egal, ob der Vorwiderstand (bzw. die Stromregelung) vor oder hinter dem Kondensator-Transitor-Paar liegt (das Ausgangsignal ist dann jeweils invertiert), und so kann nach Abb.6 die Stromquelle -statt in der Zuleitung- auch mit Komplementärtransistoren im negativen Teil eingefügt werden.

Mit diesen Generatoren lassen sich Frequenzen bis etwa 100kHz erreichen, auch wenn das Signal dann schon eher einem Sinus als einem Sägezahn ähnelt. Bei überdimensionierter Horizontalverstärkung (etwa der fünffachen Bildbreite eines Oszilloskopen) sind dann auch Meßfrequenzen (vertikal) bis hin zu einigen MHz anzeigbar. Für niedrige Frequenzen ist es unbedingt ratsam, keine Elektrolyt-Kondensatoren zu verwenden, sondern stattdessen mehrere parallelgeschaltete Folienkondensatoren (MKP) ! Je nach Ladung dehnen sich die inneren Zwischenräume bei Elektrolyt-Kondensatoren mehr oder weniger aus und verändern dabei unregelmäßig die Kapazität. Die Ladungskurve enthält dadurch mehrere kleinere "Dellen". Mit einer größeren Anzahl hochwertiger Folienkondensatoren können dagegen auch extrem tiefe Frequenzen ohne Linearitätseinbußen erreicht werden.

Triggern des Sägezahngenerators
Das gezielte Auslösen (=Triggern) einer Sägezahnflanke kann nach zwei Methoden erfolgen:
- entweder: wenn der Kondensator geladen ist, "wartet" die Schaltung auf das Triggersignal zum Entladen,
- oder: das Triggersignal löst den Entladevorgang vorzeitig aus
Der Nachteil der ersten Variante ist, daß bei fehlendem oder unzureichendem Triggersignal der Generator im Wartezustand verharrt. Für die horizontale Ablenkung bei Oszilloskopen wäre diese Schaltung ungeeignet, da ein Meßsignal auch ohne Triggerung sichtbar bleiben sollte.

Der BC337 eignet sich -im Gegensatz zu einigen anderen Typen- besonders gut für die zweite Triggermethode. An der ungenutzten Basis des Transistors in den obigen Schaltungen entstehen Impulse, die nicht belastet werden dürfen. Doch über einen hochohmigen Widerstand kann der Basis direkt das Meßsignal zugeführt werden, um ein frühzeitiges Auslösen (Rücklauf) gegen Ende des Ladevorgangs zu bewirken. Auch wenn die Vorgehensweise nicht unbedingt einem "vernünftigen" Schaltungsentwurf entspricht, liefert diese eher unkonventionelle Triggerung jedoch in der Praxis sehr gute Ergebnisse: beim Vergrößern der Amplitude (Pot.1 in Abb.8) "fängt" sich der vorher freischwingende Oszillator und startet jeweils synchron zu einer Phase des Meßsignals. Bei noch größerer Aussteuerung verlagert sich zwar der Triggerpunkt (Start für den Rücklauf), doch die Synchronisation bleibt erhalten!

copyright 2002: Claude Jacobs

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