Niederfrequenz Sinus Oszillatoren Forex

Oszillator-Typen Tuned Circuit-Oszillatoren Die gängigsten Designs verwenden Induktivitäten und Kondensatoren in verschiedenen Konfigurationen, um eine positive Rückkopplung in aktiven Komponenten zu bilden. Hartley-Oszillatoren verwenden eine abgestimmte Schaltung, die aus einem Kondensator und zwei Induktivitäten besteht, die in Reihe geschaltet sind. Bei der kritischen Frequenz ist die Rückkopplung positiv und die Schaltung oszilliert. Der variable Kondensator kann verwendet werden, um die Einstellung der Oszillatorfrequenz zu ermöglichen. Ähnlich dem Hartley-Design ist der Colpitts-Oszillator, der eine Rückkopplungsschaltung verwendet, die aus einem einzelnen Induktor und zwei Kondensatoren besteht. Colpitts-Oszillatoren, die seriell abgestimmte Schaltungen anstelle von parallelen für ihre Rückkopplung verwenden, werden als Clapp-Oszillatoren bezeichnet. Diese Konstruktion ermöglicht eine große Induktivität relativ zur Kapazität. Dies verleiht der abgestimmten Schaltung eine sehr hohe Frequenzselektivität (bekannt als Q-Faktor), die die Tendenz verringert, die Oszillatorfrequenz zu treiben. Der Oszillator ist inhärent stabiler, weil Streuinduktivitäten so viel kleiner sind als der Induktor in der Schaltung und daher weniger einen Einfluss auf die Frequenz haben. Kristalloszillatoren Kristalloszillatoren (bekannt als XOs) hängen von einem piezoelektrischen Quarz für ihre Resonanz ab, die die Frequenz bestimmt, mit der sie oszillieren. Kristalle werden speziell mit präzisen Abmessungen geschnitten, so dass sie bei bestimmten Frequenzen oszillieren. Wegen der überlegenen Frequenzselektivität des Kristalls ist die Oszillatorfrequenz extrem stabil und genau. Kristalloszillatoren werden für elektronische Uhren und in anderen Anwendungen verwendet, wo extreme Genauigkeit erforderlich ist. Sie sind nicht nur genauer als Schaltungen mit induktiven und kapazitiven Schaltungen, sie schwingen mit viel höheren Frequenzen, als mit dem abgestimmten Schaltungsdesign zuverlässig erreicht werden können. Für eine noch grßere Stabilität kann der Kristall in einem beheizten Gehäuse enthalten sein, das als Ofen bezeichnet wird, um es bei einer konstanten Temperatur zu halten, um die Temperaturdrift zu entfernen. Eine solche Vorrichtung ist als temperaturgesteuerter Quarzoszillator (TCXO) bekannt. Unbegrenzte kostenlose Forex-Demo-Konten. Hier kostenlos ein Konto eröffnen Spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs) werden mit einem Schaltungselement hergestellt, das seine Eigenschaften in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung ändert. Auf diese Weise kann die Frequenz des Oszillators manuell oder automatisch gesteuert werden. Das Abstimmelement ist üblicherweise eine Varaktordiode, deren Kapazität mit der an sie angelegten Spannung variiert. Driftsteuerung Um die Stabilität eines Oszillators zu verbessern, werden zusätzliche Schaltkreise manchmal in Offsetfehler eingebaut. Die Ausgangsfrequenz kann automatisch überwacht und gesteuert werden, um die Frequenz auf einen zugeordneten Wert zu halten. Das am häufigsten verwendete Verfahren für diese Funktion ist die Phasenregelschleife. Andere Schaltungselemente, die auf Temperaturänderungen reagieren, können eine Kompensation liefern, um die Frequenz konstanter zu halten. Ein elektronischer Oszillator ist eine elektronische Schaltung, die ein sich wiederholendes elektronisches Signal erzeugt, häufig eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle. Ein Niederfrequenzoszillator (LFO) ist ein elektronischer Oszillator, der eine Wechselstromwellenform zwischen 0,1 Hz und 10 Hz erzeugt. Dieser Begriff wird typischerweise auf dem Gebiet der Audiosynthesizer verwendet, um ihn von einem Audiofrequenzoszillator zu unterscheiden. Arten des elektronischen Oszillators Es gibt zwei Hauptarten des elektronischen Oszillators: den harmonischen Oszillator und den Entspannung Oszillator. Harmonischer Oszillator Der harmonische Oszillator erzeugt einen sinusförmigen Ausgang. Die Grundform eines harmonischen Oszillators ist ein elektronischer Verstärker, dessen Ausgang an einem schmalbandigen elektronischen Filter befestigt ist und dessen Ausgang am Eingang des Verstärkers angeschlossen ist. Wenn die Stromversorgung des Verstärkers zuerst eingeschaltet wird, besteht der Verstärkerausgang nur aus Rauschen. Das Rauschen bewegt sich um die Schleife herum, wird gefiltert und erneut verstärkt, bis es zunehmend dem gewünschten Signal gleicht. Ein piezoelektrischer Kristall (üblicherweise Quarz) kann mit dem Filter gekoppelt sein, um die Oszillationsfrequenz zu stabilisieren, was zu einem Kristalloszillator führt. Es gibt viele Möglichkeiten, harmonische Oszillatoren zu implementieren, da es verschiedene Möglichkeiten gibt, zu verstärken und zu filtern. Zum Beispiel: 8226 Armstrong-Oszillator 8226 Hartley-Oszillator 8226 Colpitts-Oszillator 8226 Clapp-Oszillator 8226 Pulsoszillator (Kristall) 8226 Phasenverschiebungsoszillator 8226 RC-Oszillator (Wienbrücke und Twin-T) 8226 Querschluss-Oszillator 8226 Vak-Oszillator Relaxationsoszillator Die Entspannung Oszillator wird häufig verwendet, um eine nicht sinusförmige Ausgabe zu erzeugen, wie eine Rechteckwelle oder Sägezahn. Der Oszillator enthält eine nichtlineare Komponente, wie einen Transistor, der die in einem Kondensator oder Induktor gespeicherte Energie periodisch entlädt, was zu abrupten Änderungen der Ausgangswellenform führt. Quadraturwellen-Relaxationsoszillatoren können verwendet werden, um das Taktsignal für sequentielle Logikschaltungen, wie Zeitgeber und Zähler, bereitzustellen, obwohl Kristalloszillatoren häufig für ihre größere Stabilität bevorzugt werden. Dreieckswellen - oder Sägezahnoszillatoren werden in den Zeitbasisschaltungen verwendet, die die horizontalen Ablenksignale für Kathodenstrahlröhren in analogen Oszilloskopen und Fernsehgeräten erzeugen. In Funktionsgeneratoren kann diese Dreieckswelle dann in eine enge Annäherung einer Sinuswelle geformt werden. Weitere Typen von Relaxationsoszillatoren sind der Multivibrator und der rotierende Wanderwellenoszillator WAVE GENERATORS spielen eine herausragende Rolle im Bereich der Elektronik. Sie erzeugen Signale von einigen Hertz bis zu mehreren Gigahertz (10 9 Hertz). Moderne Wellengeneratoren verwenden viele verschiedene Schaltungen und erzeugen solche Ausgänge wie SINUSOIDAL, SQUARE, RECTANGULAR, SAWTOOTH und TRAPEZOIDAL Wellenformen. Diese Wellenformen dienen vielen nützlichen Zwecken in den elektronischen Schaltungen, die Sie studieren werden. Zum Beispiel werden sie weitgehend im gesamten Fernsehempfänger verwendet, um Bild und Ton zu reproduzieren. Eine Art von Wellengenerator ist als OSCILLATOR bekannt. Ein Oszillator kann als Verstärker betrachtet werden, der sein eigenes Eingangssignal liefert. Die Oszillatoren werden nach den Wellenformen, die sie erzeugen, und den Anforderungen, die sie benötigen, um Schwingungen zu erzeugen, klassifiziert. KLASSIFIKATION VON OSZILLATOREN (GENERATOREN) Wellengeneratoren können nach ihren Ausgangswellenformen, SINUSOIDAL und NONSINUSOIDAL, in zwei große Kategorien eingeteilt werden. Sinusförmige Oszillatoren Ein sinusförmiger Oszillator erzeugt ein Sinuswellen-Ausgangssignal. Idealerweise hat das Ausgangssignal eine konstante Amplitude ohne Änderung der Frequenz. Eigentlich ist etwas weniger als dies in der Regel erhalten. Der Grad der Annäherung des Ideals hängt von Faktoren wie Klasse des Verstärkerbetriebes, Verstärkercharakteristiken, Frequenzstabilität und Amplitudenstabilität ab. Sinusgeneratoren erzeugen Signale, die von niedrigen Audiofrequenzen bis hin zu ultrahochfunk - und Mikrowellenfrequenzen reichen. Viele niederfrequente Generatoren verwenden Widerstände und Kondensatoren, um ihre frequenzbestimmenden Netzwerke zu bilden und werden als RC-OSZILLATORS bezeichnet. Sie sind weit verbreitet im Audio-Frequenzbereich eingesetzt. Ein anderer Typ eines Sinusgenerators verwendet Induktoren und Kondensatoren für sein frequenzbestimmendes Netzwerk. Dieser Typ wird als LC OSCILLATOR bezeichnet. LC-Oszillatoren, die Tankkreise verwenden, werden üblicherweise für die höheren Funkfrequenzen verwendet. Sie sind nicht für den Einsatz als extrem niederfrequente Oszillatoren geeignet, da die Induktivitäten und Kondensatoren groß groß, schwer und teuer herzustellen wären. Eine dritte Art von Sinus-Generator ist die CRYSTAL-CONTROLLED OSZILLATOR. Der kristallgesteuerte Oszillator sorgt für eine hervorragende Frequenzstabilität und wird von der Mitte des Audiobereichs über den Hochfrequenzbereich verwendet. RC Phasenverschiebungsoszillator Ein Oszillator ist ein Schaltkreis, der ein Wechselstromausgangssignal erzeugt, ohne irgendein Wechselstromsignal zu geben. Diese Schaltung wird üblicherweise nur für Audiofrequenzen angewendet. Die Grundvoraussetzung für einen Oszillator ist die positive Rückkopplung. Der Betrieb des RC-Phasenverschiebungsoszillators kann wie folgt erklärt werden. Die Startspannung wird durch Rauschen erzeugt, das durch zufällige Bewegung von Elektronen in Widerständen erzeugt wird, die in der Schaltung verwendet werden. Die Rauschspannung enthält fast alle sinusförmigen Frequenzen. Diese Rauschspannung mit niedriger Amplitude wird verstärkt und erscheint an den Ausgangsanschlüssen. Das verstärkte Rauschen treibt das Rückkopplungsnetzwerk an, welches das Phasenverschiebungsnetzwerk ist. Aus diesem Grund ist die Rückkopplungsspannung bei einer bestimmten Frequenz maximal, was wiederum die Frequenz der Oszillation darstellt. Ferner ist die für eine positive Rückkopplung erforderliche Phasenverschiebung nur bei dieser Frequenz korrekt. Die Spannungsverstärkung des Verstärkers mit positiver Rückkopplung ergibt sich aus der obigen Gleichung. Der Verstärkungsfaktor wird unendlich, dh es wird ohne Eingabe ausgegeben. D. h. der Verstärker wird zu einem Oszillator. Diese Bedingung ist als das Barkhausen-Kriterium der Schwingung bekannt. Somit enthält das Ausgangssignal nur eine einzige sinusförmige Frequenz. Am Anfang ist die Schleifenverstärkung A größer als Eins, wenn der Oszillator eingeschaltet ist. Die Schwingungen bauen auf. Sobald ein geeigneter Pegel erreicht ist, nimmt die Verstärkung des Verstärkers ab, und der Wert der Schleifenverstärkung verringert sich auf Eins. Somit werden die konstanten Pegelschwingungen beibehalten. Wenn die obigen Schwingungsbedingungen erfüllt sind, wird der Wert von R und C für das Phasenverschiebungsnetzwerk so gewählt, daß jede RC-Kombination eine Phasenverschiebung von 60176 erzeugt. Somit ist die Gesamtphasenverschiebung, die durch die drei RC-Netze erzeugt wird, 180176. Daher bei der spezifischen Frequenz Für die gesamte Phasenverschiebung von der Basis des Transistors um die Schaltung herum und zurück zur Basis ist 360176, wodurch das Barkhausen-Kriterium erfüllt wird. Wir wählen R1R2R38727R und C1C2C3C Die Frequenz der Oszillation des RC Phasenverschiebungsoszillators ist gegeben durch Bei dieser Frequenz ist der Rückkopplungsfaktor des Netzes. Damit es erforderlich ist, dass die Verstärkerverstärkung für Oszillatorbetrieb OSZILLATOREN Was sind Oszillator-Grundlagen Einige Leute sehen das Design von HF-Oszillatoren und Oszillator-Grundlagen im Besonderen an, etwas wie eine schwarze Kunst zu sein und nach vielen Jahren des Schwörens an verschrobenen Oszillatoren Im Nicht alle zu sicher, sie sind alle, die falsch. Ich schlage vor, dass Sie sich daran erinnern, dieses alte Sprichwort: Verstärker oszillieren und Oszillatoren verstärken - unbekannt Einführung in Oszillator Grundlagen Als ich ein Kind war, ja ich kann mich erinnern, bis in die späten 1940er Jahre, sammelten wir alle Arten von Junk. Cool war alles ferngesteuert und natürlich waren Fahrraddynamos, Lampen oder Motoren sogar extra cool. Wir als kostbare kleine Siebenjährige konzipierten - alle angehenden Kernphysiker, die wir waren - von dieser wirklichen intelligenten Idee, offensichtlich hatte niemand jemals daran gedacht. Warum schliessen wir nicht einen Motor an einen Generator an, so treibt der Motor den Generator an und liefert Elektrizität für den Motor, der den Generator weiter fährt und weiter geht, und weiter und weiter für hundert Jahre und gut reich und weltberühmt wird Natürlich hatten wir kein Konzept der Reibungsverluste (ich glaube, das ist richtig) Weg zurück. Auch die Worte hatten nicht die Ohren. Der ganze Punkt dieser kleinen Geschichte ist, grob zu demonstrieren, das Prinzip, wie ein Oszillator arbeitet. Wenn Sie diesem kindisch naiven Konzept folgen können, dann werden Sie sie in diesem töten. Prinzipien des Oszillatorbetriebs Jeder Oszillator hat mindestens ein aktives Bauelement (smarties kompliziert nicht alles für mich - nur gelesen), sei es ein Transistor oder sogar das alte Ventil. Dieses aktive Gerät und, für dieses Tutorial gut an den bescheidenen Transistor halten, wirkt als Verstärker. Da ist nichts Blitz. Für diesen ersten Teil der Diskussion beschränken wir uns auf LC-Oszillatoren oder Oszillator Grundlagen und Ill halten die Mathematik auf ein absolutes Minimum. Beim Einschalten wird, wenn zuerst Energie angelegt wird, zufälliges Rauschen in unserem aktiven Gerät erzeugt und dann verstärkt. Dieses Rauschen wird durch frequenzselektive Schaltungen positiv an den Eingang zurückgeführt, wo es wieder verstärkt wird und so weiter, ein bisschen wie mein Kindheitsprojekt. Letztendlich wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, bei dem die Verluste in der Schaltung durch Leistungsaufnahme aus der Stromversorgung und die Frequenz der Oszillation gut gemacht werden, und zwar durch die externen Komponenten, seien es Induktivitäten und Kondensatoren (L. C.) oder ein Kristall. Der Betrag der positiven Rückkopplung zur Aufrechterhaltung der Oszillation wird auch durch externe Komponenten bestimmt. Hartley Oszillator Ich beschloss, den Hartley-Oszillator für den einfachen Grund mein Favorit verwenden. Vor kurzem wurde diskutiert, dass Ihre Lieblings-Oszillator war wahrscheinlich die, die am besten für Sie und ich denke, das ist ganz richtig funktioniert. So ist es hier in seiner vereinfachten Form. Abbildung 1 - Schema eines hartley Oszillators Colpitts Oszillator Der grundlegende Oszillatorschaltkreis von Colpitts sieht so aus und Sie werden einige Ähnlichkeiten sehen. Abbildung 2 - Schematische Darstellung eines Kollpositions-Oszillators Wenn Sie eine positive Rückkopplung verwenden, um die Verluste im abgestimmten Kreis zu kompensieren, erzeugen der Verstärker und die Rückkopplungsschaltung einen negativen Widerstand. Wenn Z & sub1; und Z & sub2; kapazitiv sind, kann die Impedanz über den Kondensatoren aus einer Formel I geschätzt werden, die nicht hier auf Ihnen liegt, da es includebeta, hie sowie XC1 und XC2 umfasst. Es genügt zu sagen, dass gezeigt werden kann, dass die Eingangsimpedanz ein negativer Widerstand in Serie mit C1 und C2 ist. Die Frequenz ist in Übereinstimmung mit: Frequenz - oder Phasenstabilität eines Oszillators Die Frequenz - oder Phasenstabilität eines Oszillators wird üblicherweise im Langzeitstabilitätsfall betrachtet, wo Frequenzänderungen über Minuten, Stunden, Tage sogar Jahre gemessen werden. Von Interesse hier sind die Auswirkungen der Komponenten ändert sich, mit Umgebungsbedingungen, auf die Frequenz der Oszillation. Diese können durch Änderungen der Eingangsspannung, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Alterung unserer Komponenten verursacht werden. Unterschätzen Sie nie die Auswirkungen dieser Variationen auf die Häufigkeit der Operation. Ive gegangene Nüsse, die an so genannten Präzisionsentwürfen arbeiten, mit Präzisionsbestandteilen, wo die Frequenz zufällig über einige Kilohertz über einige Minuten wanderte. Unnötig zu sagen, Id vermasselt. Kurzfristige Stabilität ist auch von großem Interesse und wieder könnte ich einige wirklich schwere Mathe auf Ihnen legen, aber ich pflege. Ill einfach sagen, es kann mathematisch bewiesen, dass je höher die Schaltung Q, desto höher dieser Stabilitätsfaktor wird. Je höher die Schaltung Q ist, desto besser kann die abgestimmte Schaltung unerwünschte Harmonische und Rauschen herausfiltern. Reduzieren von Phasenrauschen in Oszillatoren 1. Maximieren Sie den Qu des Resonators. 2. Maximieren Sie Blindenergie mit Hilfe einer hohen HF-Spannung über dem Resonator. Verwenden Sie ein niedriges LC-Verhältnis. 3. Vermeiden Sie die Gerätesättigung und versuchen Sie, anti parallele (Rücken an Rücken) Tuning-Dioden zu verwenden. 4. Wählen Sie Ihr aktives Gerät mit der niedrigsten NF (Rauschzahl) aus. 5. Wählen Sie ein Gerät mit geringem Flimmerrauschen, das durch HF-Feedback reduziert werden kann. Ein Bipolartransistor mit einem nicht durchgeschalteten Emitterwiderstand von 10 bis 30 Ohm kann das Flickergeräusch um bis zu 40 dB verbessern. - siehe Emitterdegeneration 6. Die Ausgangsschaltungen sollten vom Oszillatorschaltkreis isoliert sein und möglichst wenig Strom verbrauchen. Auswirkungen von Umgebungsänderungen auf die Stabilität in Oszillatoren Eine Frequenzänderung von einigen zehn Hertz hin und her über ein paar Minuten würde nichts zu einem Unterhaltungsempfänger, der für die FM-Radio-Band konzipiert ist, bedeuten. Solch ein Drift in einem ansonsten ansprechenden Empfangsgerät, das zum Empfangen von CW (Morsecode) entworfen wurde, wäre unerträglich. Es ist eine Frage der Relativität. Minimierung der Frequenzdrift in Oszillatoren Diese sind zufällig und nicht in einer bestimmten Reihenfolge. 1. Trennen Sie den Oszillator von nachfolgenden Stufen mit einer gut gestalteten Pufferstufe, gefolgt von einer Stufe der Verstärkung. Große Signale können dann oftmals durch einen 3 oder 6 dB Dämpfungsglied reduziert werden, was ebenfalls den Vorteil hat, daß dem Verstärker eine wohl definierte Lastimpedanz zugeführt wird. Wenn die Bühne einen Mixer speist, wie es am häufigsten der Fall ist, dann ist ein anderer Vorteil der Mixer (Sie verwenden doppelt ausgewogene Mixer), siehe auch eine Quellenimpedanz von 50 Ohm. 2. Stellen Sie sicher, dass die mechanische Stabilität Ihres Oszillators so ist, dass mechanische Vibrationen keinen Einfluss auf Komponenten haben können, insbesondere auf jene frequenzbestimmenden Komponenten. 3. Versorgen Sie den Oszillator mit einer sauberen, gut regulierten Versorgung. Bei Verwendung der Varaktor-Abstimmung, doppelt sicherzustellen, dass die Abstimmgleichspannung so sauber wie möglich ist, können ein paar hundert Mikrovolt Rauschen auf das Oszillatorsignal aufgebracht werden. Verwenden Sie hintere Dioden für das variable Element. Luft Variablen sind schwer zu bekommen, obwohl sie weit überlegene Q-Zahlen bieten. DC-Abstimmung neigt dazu, vielseitiger zu sein. 4. Minimieren Schaltungsänderungen von Umgebungsvariationen durch Verwendung von NPO-Kondensatoren, Polystyrol sind lieber, aber ausgezeichnet, versilberte Glimmer meiner Meinung nach sind nicht das, was viele Leute glauben und sind sehr überbewertet. 5. Der Induktor sollte auf eine Spulenform mit einer Konfiguration gewickelt werden, um Qu zu maximieren. Wenn Sie ein Toroid verwenden müssen, versuchen Sie möglichst den 6-Typ zu verwenden, da es das beste Q anbietet. Manchmal, aus anderen Gründen, müssen Sie möglicherweise ein gestutztes Formular verwenden. 6. Parallel eine Anzahl kleinerer NPO-Kondensatoren, anstatt ein großes in frequenzbestimmenden Komponenten zu verwenden. Für Trimmer versuchen Sie und verwenden Sie eine Luftvariable. Halten Sie ein Auge für kleine Wert N750, N1500 Kondensatoren, lt 15 pF, wenn verfügbar und finden sich als Schmutz billig. Diese sind manchmal nützlich in zähmenden Drift in einem Oszillator. 7. Bipolar oder FETs für aktive Gerät scheint eine Frage der persönlichen Präferenz und Ive gesehen einige wilde Argumente über diese. Konsens scheint zu Gunsten von FETS kommen. Me, Im ein bipolarer Mann, weil FETs mich rein und einfach hassen. UJT Relaxationsoszillator Die negative Widerstandscharakteristik des Unijunction-Transistors ermöglicht die Verwendung als Oszillator. Relaxationsoszillatorkonzept Das Konzept eines Relaxationsoszillators wird durch diese Blinkerschaltung illustriert, bei der eine Batterie wiederholt einen Kondensator auf die Zündschwelle einer Glühlampe auflädt, so daß die Glühlampe mit einer konstanten Rate blinkt. Ein Relaxationsoszillator ist eine Wiederholungsschaltung (wie die oben dargestellte Blinkerschaltung), die ihr repetitives Verhalten vom Laden eines Kondensators zu irgendeiner Ereignisschwelle erreicht. Das Ereignis entlädt den Kondensator, und seine Wiederaufladezeit bestimmt die Wiederholungszeit der Ereignisse. In der einfachen Blinkerschaltung lädt eine Batterie den Kondensator über einen Widerstand auf, so daß die Werte des Widerstands und des Kondensators (Zeitkonstante) die Blitzrate bestimmen. Die Blinkrate kann durch Verringerung des Widerstandswertes erhöht werden. Einer der Gründe für die Bedeutung des Relaxationsoszillator-Konzeptes ist, dass einige Neuralsysteme wie Relaxationsoszillatoren wirken. Zum Beispiel fungiert das Bündel von Nervenfasern, die den SA-Knoten (sino-atrialer Knoten) im oberen rechten Teil des Herzens genannt werden, als der natürliche Herzschrittmacher des Herzens, der mit einer regulären Rate abfeuert. Die Rate dieses Relaxationsoszillators ist variabel und kann in Reaktion auf Anstrengung oder Alarm erhöht werden. Andere Nervenzellen laden sich wie ein Kondensator auf, warten aber auf eine Art Reiz, um zu schießen. Als Reaktion auf irgendeine Art von Trauma kann es sein, dass die Zündschwelle so weit abgesenkt wird, dass sie selbst brennt und als Relaxationsoszillator wirkt. Dies ist eine intriquierende Möglichkeit, das Klingeln in den Ohren nach einem lauten Konzert zu erklären. Sinuswellenoszillatoren Der Wienbrückenoszillator, der Pierce-Kristalloszillator, Hartley, Colpitts und Oszillatoren mit abgestimmten Oszillatoren In diesen Einheiten haben wir bereits verschiedene Arten von Relaxationsoszillatoren behandelt. Die Sinuswellen, die Ihr Funktionsgenerator erzeugt, werden aus quadratischen Wellen, durch wellenformende Schaltkreise und Filter hergestellt und sind wirklich nicht sehr gute Sinuswellen, obwohl sie die meiste Energie in der Nähe einer Frequenz haben. Wenn Sie bessere Sinuswellen benötigen, wird ein linearer Oszillator sie bilden. Ein linearer Oszillator unterscheidet sich sehr von einem Relaxationsoszillator. Der Name linear passt nicht, da alle Oszillatoren nichtlinear sind, aber ein linearer Oszillator erzeugt zumindest keine Ecken und Sprünge, sondern eine glatte Welle. Es gibt viele interessante Aspekte für diese Oszillatoren. Das wichtigste ist wahrscheinlich, was bestimmt die Amplitude der Oszillation und hält die Rückkopplung genau auf -1, so hat das Ausgangssignal eine konstante Amplitude. Ein Oszillator muss ebenfalls anlaufen, was besonders dann interessant sein kann, wenn der Oszillator nur schwingen kann, oder an der Schwelle. Wir werden hier keine Theorie machen, sondern einige praktische Oszillatoren betrachten und sehen, wie sie funktionieren. Der Wienbrücken-Oszillator Der erste ist der bemerkenswerte Wienbrücken-Oszillator (benannt nach Professor Wien und nicht buchstabiert Wein). Dieser Oszillator gibt eine wirklich schöne Sinuswelle und ist eine ausgezeichnete Wahl für einen Präzisions-Audio-Oszillator. Sein charakteristisches Merkmal ist das RC-Netzwerk, bestehend aus R und C in Serie mit einer Parallelschaltung aus R und C, wie im nachfolgenden Schaltplan gezeigt. Die Widerstände und Kondensatoren können im Wert unterschiedlich sein, aber es ist viel einfacher, sie gleich zu nehmen, und nichts von Wert geht verloren. Dieses Netzwerk, das als passives Filter betrachtet wird, ergibt eine Phasenverschiebung für einige Zwischenfrequenz, die durch f 12piRC gegeben ist. Es ist ein Filter zweiter Ordnung (zwei Kondensatoren), und dies ist ein bemerkenswertes Vorkommen. Berechnen Sie die Übertragungsfunktion des Netzwerks, die V o v i jomegaCR 1 - (omegaCR) 2 3jomegaCR ist. Bei der Frequenz der Nullphase ist die Verstärkung genau 13. Verwenden Sie einen Funktionsgenerator, um das Netz mit einer Sinuswelle zu versorgen, und verwenden Sie den Bereich, um auf V in und V out zu schauen. Es ist lehrreich, die XY-Handlung zu verwenden und die Lissajous-Figur zu betrachten. Bei der Frequenz der Nullphase verringert sich die Figur auf eine Gerade, was diese Tatsache zeigt. Bei niedriger Frequenz führt der Ausgang, während bei hoher Frequenz der Ausgang nacheilt. Diese Art von Filter zweiter Ordnung wird als Allpassfilter bezeichnet, der für seine Phaseneigenschaften und nicht für seine Amplitudeneigenschaften verwendet wird. Die Schaltung für den Oszillator ist rechts. Das Wien-Netz ist rechts zu sehen, um eine positive Rückmeldung zu liefern, die ein Oszillator haben muss. Der Operationsverstärker arbeitet mit einer bipolaren Versorgung, so dass der Ausgang über und unter der Erde schwingen kann. Beachten Sie, dass das Wien-Netz auf GND zurückgesetzt wird, nicht die negative Versorgung. Auf der linken Seite ist das negative Feedback-Netzwerk. Wenn der Oszillator stabil läuft, muss er die Gegenkopplung exakt ausgleichen. Es ist unmöglich, dies mit festen Widerständen zu tun. Wenn die postive Rückkopplung dominiert, dann ist der Operationsverstärker gesättigt und wir haben einen Relaxationsoszillator. Wenn die negative Rückkopplung dominiert, beginnt der Oszillator nie. Wir müssen mit einer positiven Rückkopplung beginnen und sie dann mit zunehmender Amplitude reduzieren und schließlich durch eine kleine Einstellung eine konstante Amplitude beibehalten. Dies geschieht meist mit Wolfram-Glühlampen, wie hier. Wenn Sie den Oszillator bauen möchten, müssen Sie für etwaige Lampen herumstöbern. Ich habe gerade zufällig die JKL7876 Lampen herum, und sie wurden in Betrieb gedrückt. Es hat tatsächlich zwei in Serie, aber der Job kann mit einer Lampe getan werden, wenn es geeignet ist. Der Widerstand gegen die Stromkennlinie für diese Lampen ist links dargestellt. Beachten Sie, wie schnell der Widerstand mit Strom zunimmt. Dies ist genau das, was wir brauchen, da eine größere Amplitude des Ausganges wird die Lampe mehr Wärme, erhöhen den Widerstand und verringern die positive Rückkopplung. Die Lampe wird durch den Effektivwert des Wechselstroms durch sie erwärmt, und ihre thermische Trägheit bedeutet, daß sie den momentanen Änderungen nicht folgen kann. Sie wird nur durch den Effektivwert des Ausgangs beeinflusst. Versuchen Sie, eine Lampe mit ca. 100Omega Widerstand zu finden, wenn kalt (wie die beiden 7876s in Serie). Wenn der Oszillator läuft, sollten Sie die Lampe nicht leuchten sehen (obwohl einige vielleicht). Die Lampe wird in diesem Kreis ewig dauern. Sobald Sie eine geeignete Lampe haben, können Sie den Oszillator und beobachten Sie seine Ausgabe. Beim ersten Einschalten kann der Operationsverstärker gesättigt werden, aber wenn die Lampe die Wellenform aufheizt, springt sie weg und nimmt eine schöne Form an. Die Amplitude wird durch die Wechselwirkung der Lampe und R 1 bestimmt. Um einen Oszillator von etwa 1 kHz zu erhalten, verwendete ich R 15k, C 0,01. Der Effektivstrom, bestimmt von der Ausgangsamplitude von 13,4 V Spitze zu Spitze, betrug 9,6 mA innerhalb der Fähigkeiten des Operationsverstärkerausgangs. Wie würden Sie R 1 ändern, um eine kleinere Amplitude zu erhalten In diesem Fall war der Widerstand der beiden Lampen in Serie 165 Omega, wenn der Oszillator in Betrieb war. Kristalloszillatoren Einige Kristalle entwickeln Oberflächenladungen, wenn sie gequetscht, gebogen oder verdrillt werden, und werden piezoelektrisch genannt. Umgekehrt, wenn ein elektrisches Feld auf sie angewendet wird, sie erweitern, zusammenziehen, biegen oder verdrehen. Die mechanischen Schwingungen des Kristalls sind direkt mit elektrischen Veränderungen bei der gleichen Frequenz verbunden. Wie alle mechanischen Systeme können Kristalle bei Resonanzfrequenzen schwingen, wo kleine Stöße eine große Amplitude erzeugen, genau wie bei elektrischen Resonanzkreisen. Die mechanische Vibration der Kristalle ergibt einen Zeitstand, der besser ist als der mechanischer Uhren, aber geringer als der der Atomschwingungen. Quarz ist ein piezoelektrisches Material, nicht das empfindlichste, aber so sehr stabil mechanisch und elektrisch, dass es fast der einzige Resonanzkristall ist. Eine dünne Platte vibriert bei Megahertz-Frequenzen, so dass die Kristalle in Hochfrequenzschaltungen verwendet werden. Die am häufigsten verwendeten Vibrationen sind nicht die einfachen Dickenschwingungen einer elastischen Platte, sondern sind kompliziertere Schermoden, die die gewünschten Frequenzen und die beste Unabhängigkeit der Temperatur liefern. Die äquivalente Schaltung eines in der Figur links dargestellten Kristalls besteht aus einer Kapazität C 1 (der Metallelektroden auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen) parallel zu einer RLC-Schaltung, die den Kristall selbst darstellt, der als Bewegungsarm bezeichnet wird. In denen der äquivalente Wert von L überraschend groß ist. Das macht den Kristall so gut. Die Reaktanz eines Kristalls variiert mit der Frequenz, wie rechts dargestellt. Sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Frequenzen, erscheint es kapazitiv, mit einem kurzen Intervall zwischen der Serie und Resonanzfrequenzen, wo es wie eine Induktivität aussieht. Ein typischer Kristall kann C 10 fF (0,010 pF), L 2 H und R 50 Omega aufweisen, was eine Serienresonanzfrequenz von fs 12piradic (LC) 1,125 MHz ergibt. Das Q der Resonanz ist Q omegaLR 141.400, so dass die Breite der Resonanz nur 8 Hz beträgt. Die parallele Resonanzfrequenz f p ist etwas höher, wobei der genaue Betrag von C 1 und der externen Lastkapazität abhängt. Durch Variieren der Lastkapazität kann die Resonanzfrequenz geringfügig eingestellt werden, was als Ziehen des Kristalls bezeichnet wird. Abhängig von der Schaltung kann der Kristall entweder im Serien - oder Parallelmodus resonieren und in beiden Fällen die Frequenz steuern. Der einfachste Quarzoszillator ist der Pierce-Oszillator, der in der Abbildung links dargestellt ist. Ein FET wird als Verstärkungseinrichtung verwendet, da es einen hohen Eingangswiderstand bereitstellt, der die Verwendung eines 10M-Gate-Widerstands ermöglicht. Der Kristall hatte eine Frequenz von 2.000 MHz, aber jeder vernünftige Kristall kann verwendet werden. Die 3.3 mH HF-Drossel erzeugt eine hohe Lastimpedanz gegen Wechselspannung, während der DC-Drain-Strom ohne Spannungsabfall geleitet wird (die Drossel hat einen Widerstand von 41 Omega). Die Drossel muss speziell so konstruiert sein, dass sie die gewünschte Induktivität beibehält, während sie mit Gleichstrom versorgt wird. Achten Sie daher darauf, dass die verwendete Drossel für diesen Zweck ausgelegt ist. Die Impedanz der Drossel ist über 41k bei 2 MHz, was genügend Verstärkung ergibt. Der Kristall ist das einzige Resonanzelement in der Schaltung und muß die Frequenz der Oszillation bestimmen. Es ist wie für Shunt-Shunt-Feedback angeschlossen. Hier ist ein Fall, wenn Instabilität erwünscht ist, und es gibt eine 180-Grad-Phasenverschiebung bei Resonanz, wodurch die Rückkopplung positiv. Die Amplitude wird durch den maximalen Bereich der Spannungsabweichungen am Drain begrenzt. Der Widerstand R kann verwendet werden, um die Rückkopplung und den Kristallantrieb zu reduzieren. Es ist nicht erforderlich für die Oszillation, und wenn man sich die Ausgabe wavform, wenn es Null ist, sehen Sie eine Wellenform abgeflacht oben und unten. Bei R 10k ist die Wellenform viel sinusförmiger, vor allem die oberen Teile, aber der untere Teil ist noch deutlich abgeflacht. Mit R 15k schwingt der Oszillator nicht (er startet nicht). Kristalle dürfen übrigens nicht mit zu hoher Spannung angetrieben werden, sonst wird die mechanische Spannung sie brechen. Die Amplitude der Oszillation am Drain betrug 24 V mit R 1k, wobei die HF-Spannung über die Drossel während des Zyklus in eine Richtung umkehrte. Tuned-Gate-Oszillatoren Die hier untersuchten Oszillatoren basieren auf der Schaltung links, die die Prinzipien zeigt. Komponentenwerte werden nicht angezeigt, da diese Schaltung noch nicht gebaut und getestet wurde und nur zur Veranschaulichung dient. Q ist ein FET mit hohem Eingangswiderstand und selbstbegrenzendem Drainstrom, wobei beide Merkmale wichtig sind. Eine Trioden-Vakuumröhre könnte auch verwendet werden, die die gleichen Eigenschaften aufweist. Wenn die Schaltung in Ruhestellung ist, wird der Widerstand R g. (Aus Vakuumröhrchen-Tagen) V GS 0 liefert und der Drain-Strom I DSS ist. Und der FET wird bereitet, um zu amplifizieren. Die abgestimmte Schaltung L & sub1; C liefert eine Schwingungsspannung für das Gate durch den Blockierkondensator Cg, wenn sie erregt wird. Der Drainstrom ändert sich dann sympathisch und wird über die gegenseitige Induktivität M 12 an die abgestimmte Schaltung gekoppelt. Wenn die Polaritäten ordnungsgemäß angeordnet sind, werden die Oszillationen im abgestimmten Kreis gefördert, und wenn die Verluste ausgeglichen werden, werden die Oszillationen fortgesetzt und sogar erhöht. Wenn das Gate um etwa 0,7 V positiv wird, zieht der Strom durch R g das Gate negativ, wodurch die Verstärkung verringert wird, bis die Verluste gerade kompensiert werden und die Amplitude der Oszillation stabil ist. Wenn dies auftritt, wird das Gate sehr negativ, sogar über den Cutoff hinaus, und der Drainstrom sinkt. Alle so untersuchten Oszillatoren arbeiten auf diese Weise. Das Netzleck löst die Grundprobleme jedes Oszillators: Start und Amplitudenbegrenzung. Die Diode D ist nur da, um die Last auf dem Gate zu erleichtern, wenn sie beginnt, hat keine Wirkung, wenn der Oszillator in Betrieb ist. Diese Schaltung wird als Armstrong-Oszillator zu Ehren Major Armstrong, der den regenerativen Empfänger erfunden, und vieles mehr neben Radio. Er fügte die Tickler-Spule L 2 hinzu, die eine positive Rückkopplung liefert. Wenn L oder C verändert wird, ändert sich die Frequenz der Oszillation und wir haben einen Oszillator mit variabler Frequenz. Oder VFO. LC-abgestimmte Schaltungen bieten keine gute Frequenzsteuerung, aber mit dem Aufwand können relativ stabile VFOs aufgebaut werden. Oszillatoren mit Luftspuleninduktivitäten sind bei Funkfrequenzen (oberhalb, z. B. 250 kHz) sehr praktisch. Beachten Sie, dass die Induktivität einer Luftspule nicht durch Gleichstrom in der Spule beeinflusst wird. Die gezeigte Schaltung wird seriell angespeist, weil die Vorspannung und der Signalfluss in der gleichen Drain-Schaltung (die Stromversorgung sollte mit einem Kondensator umgangen werden, so dass es eine gute Signalmasse ist). Der Abfluss könnte auch Nebenschluss zugeführt werden. Wie in dem Pierce-Oszillator oben, unter Verwendung eines RFC und eines Kondensators, um Vorspannung und Signal zu trennen. Zwei Rückkopplungsarten sind rechts dargestellt. In the Hartley circuit, the inductor is tapped to match the low impedance of the collector circuit (or plate, for a tube), while the other end supplies the base (or grid). Only one capacitor is used, which makes tuning easy. The Colpitts circuit does not require a tapped inductor, but uses two capacitors as a capacitive voltage divider. The phase is opposite at the two ends of the tuned circuit, providing the necessary positive feedback. The frequency is f 12piradicLC. In usual high-frequency RF circuits, L is in muH and C in pF. A modification of the Colpitts circuit, called a Clapp oscillator, is shown at the left. This circuit can be built and tested. The tuning capacitor is in series with the inductance here, it is a fixed capacitor, but in a VFO it would be variable. All three capacitors are 0.001 muF in this circuit, but in a practical circuit, the capacitance in series with the inductor would be much smaller than the other two (perhaps 50 pF), and would give a considerable range of frequencies. The inductor was a 120 muH (shown as uH on schematics) ferrite core inductor I happened to have on hand. The 1 mH inductor in the source lead is a radio-frequency choke or RFC, designed to retain its inductance when a reasonable DC current passes through it. Here, it separates the bias circuit from the RF circuit. The leads of the MPF 102 JFET are DSG, in that order, when looking at the flat side of the package with the leads downward. This circuit gave a 5 V peak-to-peak signal at the source at a frequency of about 828 kHz, appropriate for a 120 muH inductor resonating with 13 nF--the three .001 capacitors in series. The average gate voltage was about -4.5 V, which meant that the gate varied from about -10 V, well beyond cutoff, to 0.7 V, limited by the diode. The average drain current was 0.6 mA. The JFET is operating as a Class C amplifier in this circuit. This makes an excellent RF oscillator for other purposes, if you do not have a signal generator. A Hartley oscillator is shown at the right. It uses most of the same components as the Clapp oscillator. A capacitor is necessary to block the gate bias voltage from the tuned circuit. The tuning capacitor is a 100 pF poly capacitor. L1 is a coil wound with 30 wire on a 12 form--I used a lucite tube. It has 210 turns, tapped at the 45th turn, and is about 3 long. The tube makes a nice handle while winding the coil, and is cut off when the winding is finished. The ends of the coil can be put through 60 holes in each end. When you get to the 45th turn, scrape off a little of the enamel with sandpaper and solder the tap wire to it. This is a delicate operation, but not really difficult. The turns can be secured with coil dope, if you have it. If not, just use transparent tape or nail lacquer. Solder 22 leads to each of the three wires. My oscillator went at 1.67 MHz. The inductance of the coil can be estimated from the formula L D 2 N 2 (18D 40L) muH, where D is the diameter and L the length of the coil in inches, and N is the number of turns, which gave 85 muH. With 100 pF, this predicts a resonant frequency of 1.73 MHz, close enough agreement. There was a very noticeable parasitic oscillation at about 10 MHz, caused by stray capacitance with the long, looping leads to the coil better layout would cure this. The gate operated at -5.86 V, and the output was again about 5 V peak to peak. It is very satisfying to see the oscillator work with coils you wound yourself. Other oscillators are discussed on other pages, for example The VTVM and GDO. where the grid-dip oscillator is studied, and Vacuum Tubes. where local oscillators for superheterodynes are presented. Composed by J. B. Calvert Created 30 July 2001 Last revised 13 May 2002