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Oszillatorschaltungen

Oszillatoren sind eines der wichtigsten Schaltungselemente im Amateurfunk. Sie sind sozusagen das Herz eines jeden Funkgerätes. Oszillatoren dienen der Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen in Sendern und Empfängern.

Herzstück eines Oszillators ist ein Verstärkerelement, dessen Ausgangssignal wieder auf dessen Eingang rückgekoppelt wird.

Damit ein Oszillator ungedämpfte Schwingungen erzeugen kann, müssen zwei Grundbedingungen erfüllt sein. Zum einen muss das Ausgangssignal gleichphasig auf den Eingangspunkt der Schaltung rückgekoppelt werden. Hierbei muss zum anderen die Amplitude des rückgekoppelten Signals mindestens die gleiche Größe wie die des Eingangssignals haben. Man sagt auch, dass die sog. Schleifenverstärkung größer 1 sein muss, damit eine Selbsterregung möglich ist, die die Schwingung aufrechterhält.

AD613: Welche Bedingungen müssen zur Erzeugung ungedämpfter Schwingungen in Oszillatoren erfüllt sein?

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit vier parallelen horizontalen Leitern, einem NPN-Transistor, links ein LC-Schwingkreis, in der Mitte ein kapazitiver Teiler, Koppelkondensatoren und Widerstände. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit vier parallelen horizontalen Leitern und einem NPN-Transistor im rechten Teil. Der untere horizontale Leiter hat am rechten Ende einen mit „–“ bezeichneten Anschlusspunkt. Im linken, vertikalen Teil der Schaltung befindet sich eine Spule mit einem parallel geschalteten verstellbaren Kondensator. Dazu parallel geschaltet sind zwei in Reihe liegende Kondensatoren. Alle diese Bauteile verbinden den unteren horizontalen Leiter mit dem dritten horizontalen Leiter von unten. Zwischen den beiden in Reihe liegenden Kondensatoren zweigt der zweite horizontale Leiter von unten nach rechts ab. Er führt zu einem Verbindungspunkt mit dem Emitter des Transistors und weiter über einen Kondensator an einen Anschlusspunkt. Der dritte horizontale Leiter von unten führt nach rechts über einen Kondensator zu einem Verknüpfungspunkt mit der Basis des Transistors. Von hier geht ein vertikaler Leiter nach unten über einen Widerstand zum unteren horizontalen Leiter und nach oben über einen weiteren Widerstand zum vierten horizontalen Leiter von unten. Dieser Leiter ist links über einen Kondensator mit Masse verbunden. Nach rechts führt der Leiter zu einem Verbindungspunkt mit dem Kollektor des Transistors wie auch über einen Widerstand zu einem Anschlusspunkt mit der Beschriftung „+“.
Abbildung A-6.6.1: Schaltung eines kapazitiv rückgekoppelten Oszillators

Die in Abbildung A-6.6.1 abgebildete Schaltung stellt einen kapazitiv rückgekoppelten Dreipunktoszillator dar. Das Ausgangssignal wird vom Emitter der Schaltung über einen kapazitiven Spannungsteiler auf die Basis des Transistors rückgekoppelt. Die Frequenz des Oszillators wird überwiegend durch den Schwingkreis in der Basis (bestehend aus Spule und Trimmkondensator) sowie den zum Schwingkreis parallel geschalteten kapazitiven Spannungsteiler bestimmt. Bei der Schaltung handelt es sich um einen Oszillator in Kollektorschaltung, da der Kollektor wechselspannungsmäßig auf Masse liegt.

AD614: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit vier parallelen horizontalen Leitern, einem NPN-Transistor, links ein LC-Schwingkreis, in der Mitte ein kapazitiver Teiler, Koppelkondensatoren und Widerstände. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit vier parallelen horizontalen Leitern und einem NPN-Transistor im rechten Teil. Der untere horizontale Leiter hat am rechten Ende einen mit „–“ bezeichneten Anschlusspunkt. Im linken, vertikalen Teil der Schaltung befindet sich eine Spule mit einem parallel geschalteten verstellbaren Kondensator. Dazu parallel geschaltet sind zwei in Reihe liegende Kondensatoren. Alle diese Bauteile verbinden den unteren horizontalen Leiter mit dem dritten horizontalen Leiter von unten. Zwischen den beiden in Reihe liegenden Kondensatoren zweigt der zweite horizontale Leiter von unten nach rechts ab. Er führt zu einem Verbindungspunkt mit dem Emitter des Transistors und weiter über einen Kondensator an einen Anschlusspunkt. Der dritte horizontale Leiter von unten führt nach rechts über einen Kondensator zu einem Verknüpfungspunkt mit der Basis des Transistors. Von hier geht ein vertikaler Leiter nach unten über einen Widerstand zum unteren horizontalen Leiter und nach oben über einen weiteren Widerstand zum vierten horizontalen Leiter von unten. Dieser Leiter ist links über einen Kondensator mit Masse verbunden. Nach rechts führt der Leiter zu einem Verbindungspunkt mit dem Kollektor des Transistors wie auch über einen Widerstand zu einem Anschlusspunkt mit der Beschriftung „+“.
AD616: Welche Funktion haben die beiden Kondensatoren $C_1$ und $C_2$ in der folgenden Schaltung?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit vier parallelen horizontalen Leitern, einem NPN-Transistor, einer Zener-Diode, links ein LC-Schwingkreis, in der Mitte ein kapazitiver Teiler (C_1, C_2), Koppelkondensatoren und Widerstände. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit vier parallelen horizontalen Leitern und einem Transistor im rechten Teil. Der untere horizontale Leiter hat am rechten Ende einen mit „–“ bezeichneten Anschlusspunkt. Im linken, vertikalen Teil der Schaltung befindet sich ein LC-Schwingkreis aus einer Spule und zwei zueinander parallel geschalteten verstellbaren Kondensatoren. Dazu parallel geschaltet sind zwei in Reihe liegende Kondensatoren (C_1 und C_2). Alle diese Bauteile verbinden den unteren horizontalen Leiter mit dem dritten horizontalen Leiter von unten. Zwischen den beiden in Reihe liegenden Kondensatoren zweigt der zweite horizontale Leiter von unten nach rechts ab. Er führt zu einem Verbindungspunkt mit dem Emitter des Transistors und weiter über einen Kondensator an einen Anschlusspunkt. Der dritte horizontale Leiter von unten führt nach rechts über einen Kondensator zu einem Verknüpfungspunkt mit der Basis des Transistors. Von hier geht ein vertikaler Leiter nach unten über einen Widerstand zum unteren horizontalen Leiter und nach oben über einen weiteren Widerstand zum vierten horizontalen Leiter von unten. Dieser Leiter ist links über einen Kondensator mit Masse verbunden Parallel zu diesem Kondensator liegt ein zweiter Kondensator, der oben ein „+“ aufweist. Ebenfalls parallel zu den beiden Kondensatoren gibt es eine Z-Diode. Nach rechts führt der Leiter zu einem Verbindungspunkt mit dem Kollektor des Transistors wie auch über einen Widerstand zu einem Anschlusspunkt mit der Beschriftung „+“.

Zur Erhöhung der Frequenzstabilität eines Oszillators kann dessen frequenzbestimmende Komponente (Schwingkreis) durch einen Quarz ersetzt werden. Quarze können sowohl bei ihrer Grundfrequenz als auch auf ihren harmonischen Frequenzen (Oberschwingungen/Obertöne) zum Schwingen angeregt werden. Damit ein Quarz jedoch auf einer Oberschwingung betrieben werden kann, muss der Verstärker frequenzselektiv (z. B. durch Verwendung eines Schwingkreises) ausgelegt sein. Ist dieser nicht vorhanden, so kann man daraus ersehen, dass der Quarz auf seiner Grundfrequenz betrieben wird (siehe Abbildung A-6.6.2 ).

Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: 1) Kurzfassung: Schaltplan mit einem NPN-Transistor, einer Spule zur mit “+” gekennzeichneten Versorgung, mehreren Kondensatoren (inklusive variablem Kondensator), einem Quarz, zwei Widerständen, Masse und zwei offenen Anschlüssen. 2) Detailbeschreibung: Oben verläuft eine horizontale Leitung; rechts oben ist eine Spule (Induktivität) eingezeichnet, deren rechtes Ende zu einem kleinen offenen Anschluss mit der Markierung “+” führt. Vom rechten oberen Knoten führt eine senkrechte Leitung nach unten zum Transistor-Kollektor. Der Transistor ist im Kreis gezeichnet, mit Basis nach links, Kollektor nach oben und Emitter nach unten; der Pfeil am Emitter zeigt nach außen (NPN). Von der Basis geht eine horizontale Leitung nach links; von diesem Basisknoten führt ein Widerstand senkrecht nach oben zur oberen Leitung. Ebenfalls vom Basisknoten geht nach links ein kurzer Horizontalzweig zu einem Quarzsymbol (Rechteck zwischen zwei Platten); der Quarz liegt in einer linken senkrechten Nebenleitung, in der von oben nach unten ein Kondensator, darunter der Quarz und darunter ein variabler Kondensator (Platten mit diagonaler Pfeilmarkierung) angeordnet sind. Diese linke Nebenleitung ist unten mit der unteren Hauptleitung verbunden. Vom Basisknoten führt außerdem eine senkrechte Leitung nach unten über zwei in Serie gezeichnete Kondensatoren zu einem unteren Knoten. In der Mitte unten verläuft eine horizontale Leitung; dort befindet sich ein Masse-Symbol. Vom Emitter des Transistors geht ein Widerstand nach unten zu dieser Masseleitung. Am mittleren Knoten (auf Höhe der Basis/Emitter-Verbindungsstelle) ist rechts ein Koppelkondensator eingezeichnet, der zu einem kleinen offenen Anschluss nach rechts führt. Ganz rechts unten endet die untere Leitung ebenfalls in einem kleinen offenen Anschluss. Verbindungsstellen sind als schwarze Punkte markiert.
Abbildung A-6.6.2: Schaltung eines Quarzoszillators in Kollektorschaltung mit Betrieb des Quarzes auf Grundfrequenz

AD617: Bei dieser Oszillatorschaltung handelt es sich um einen kapazitiv rückgekoppelten Quarz-Oszillator in ...
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: 1) Kurzfassung: Schaltplan mit einem NPN-Transistor, einer Spule zur mit “+” gekennzeichneten Versorgung, mehreren Kondensatoren (inklusive variablem Kondensator), einem Quarz, zwei Widerständen, Masse und zwei offenen Anschlüssen. 2) Detailbeschreibung: Oben verläuft eine horizontale Leitung; rechts oben ist eine Spule (Induktivität) eingezeichnet, deren rechtes Ende zu einem kleinen offenen Anschluss mit der Markierung “+” führt. Vom rechten oberen Knoten führt eine senkrechte Leitung nach unten zum Transistor-Kollektor. Der Transistor ist im Kreis gezeichnet, mit Basis nach links, Kollektor nach oben und Emitter nach unten; der Pfeil am Emitter zeigt nach außen (NPN). Von der Basis geht eine horizontale Leitung nach links; von diesem Basisknoten führt ein Widerstand senkrecht nach oben zur oberen Leitung. Ebenfalls vom Basisknoten geht nach links ein kurzer Horizontalzweig zu einem Quarzsymbol (Rechteck zwischen zwei Platten); der Quarz liegt in einer linken senkrechten Nebenleitung, in der von oben nach unten ein Kondensator, darunter der Quarz und darunter ein variabler Kondensator (Platten mit diagonaler Pfeilmarkierung) angeordnet sind. Diese linke Nebenleitung ist unten mit der unteren Hauptleitung verbunden. Vom Basisknoten führt außerdem eine senkrechte Leitung nach unten über zwei in Serie gezeichnete Kondensatoren zu einem unteren Knoten. In der Mitte unten verläuft eine horizontale Leitung; dort befindet sich ein Masse-Symbol. Vom Emitter des Transistors geht ein Widerstand nach unten zu dieser Masseleitung. Am mittleren Knoten (auf Höhe der Basis/Emitter-Verbindungsstelle) ist rechts ein Koppelkondensator eingezeichnet, der zu einem kleinen offenen Anschluss nach rechts führt. Ganz rechts unten endet die untere Leitung ebenfalls in einem kleinen offenen Anschluss. Verbindungsstellen sind als schwarze Punkte markiert.

Das Oszillatorsignal sollte immer am niederohmigsten Punkt eines Oszillators ausgekoppelt werden, um diesen möglichst wenig zu belasten. In einer Kollektorschaltung ist dies der Emitter des Transistors.

AD610: Wie sollte ein Oszillator im Regelfall ausgangsseitig betrieben werden?

Einem Oszillator sollte immer eine sog. Pufferstufe nachgeschaltet werden, die dafür sorgt, dass der Oszillator von weiteren Schaltungsteilen entkoppelt wird und in seiner Frequenz nicht durch Belastung des Ausgangs beeinflusst wird. Eine Pufferstufe ist meist als Kollektorschaltung ausgelegt (Emitterfolger) und hat eine hohe Eingangsimpedanz, die den Oszillator nur minimal belastet. An dessen Ausgang kann das Oszillatorsignal dann niederohmig weiterverarbeitet werden.

Messungen an Oszillatoren sollten immer nach der Pufferstufe durchgeführt werden, da ansonsten der Oszillator mit parasitären Kapazitäten belastet wird und in dessen Frequenz hierdurch beeinflusst wird.

AD615: An welchem Punkt der Schaltung sollte die HF-Ausgangsleistung ausgekoppelt werden?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit vier parallelen horizontalen Leitern, einem NPN-Transistor, links ein LC-Schwingkreis, in der Mitte ein kapazitiver Teiler, Koppelkondensatoren und Widerstände. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit vier parallelen horizontalen Leitern und einem NPN-Transistor im rechten Teil. Der untere horizontale Leiter hat am rechten Ende einen mit „–“ bezeichneten Anschlusspunkt. Im linken, vertikalen Teil der Schaltung befindet sich eine Spule mit einem parallel geschalteten verstellbaren Kondensator. Der obere Verknüpfungspunkt der beiden Schaltelemente ist mit „A“ markiert. Dazu parallel geschaltet sind zwei in Reihe liegende Kondensatoren. Alle diese Bauteile verbinden den unteren horizontalen Leiter mit dem dritten horizontalen Leiter von unten. Zwischen den beiden in Reihe liegenden Kondensatoren zweigt der zweite horizontale Leiter von unten nach rechts ab. Er führt zu einem Verbindungspunkt „D“ mit dem Emitter des Transistors. Der dritte horizontale Leiter von unten führt nach rechts über einen Kondensator zu einem Verknüpfungspunkt „C“ mit der Basis des Transistors. Von hier geht ein vertikaler Leiter nach unten über einen Widerstand zum unteren horizontalen Leiter und nach oben über einen weiteren Widerstand zum vierten horizontalen Leiter von unten. Der Verknüpfungspunkt oberhalb des Widerstandes ist mit „B“ markiert. Dieser Leiter ist links über einen Kondensator mit Masse verbunden. Nach rechts führt der Leiter zu einem Verbindungspunkt mit dem Kollektor des Transistors wie auch über einen Widerstand zu einem Anschlusspunkt mit der Beschriftung „+“.
AD619: Für die Messung der Oszillatorfrequenz sollte der Tastkopf hier vorzugsweise am Punkt ...
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: 1) Kurzfassung: Schaltplan mit zwei Transistoren, einem Quarz zwischen den Klemmen 1 und 2, mehreren Widerständen und Kondensatoren, einer Spule zur mit „+“ gekennzeichneten Versorgung und einem kapazitiv gekoppelten Ausgang an Klemme 4. 2) Detaillierte Beschreibung: - Oben verläuft eine durchgehende horizontale Leiterbahn; rechts ist sie über eine Spule (Drossel) mit einer mit „+“ markierten Versorgungsklemme verbunden, links ist an der oberen Schiene ein Batteriesymbol eingezeichnet. Von der oberen Schiene führen je ein Widerstand nach unten: einer links zu einem linken Knoten, einer rechts zu einem rechten Knoten. - Links befinden sich zwei offene Klemmen „1“ (unten) und „2“ (oben); dazwischen ist ein Quarz (rechteckiger Resonator zwischen zwei Platten) eingezeichnet. Von Klemme „1“ führt ein verstellbarer Kondensator (Schrägstrich/Schieber) nach unten zur unteren Schiene. Von Klemme „2“ geht eine Leitung nach rechts zu einem Knoten; an diesem Knoten ist nach unten ein Kondensator zur unteren Schiene angeschlossen und nach oben der erwähnte linke Widerstand von der oberen Schiene. - Links mittig steht ein Transistor in einem Kreis. Sein oberer Anschluss liegt an der oberen Schiene; ein seitlicher Anschluss geht an den Knoten mit Klemme „2“; der untere Anschluss führt zu einem Knoten mit der offenen Klemme „3“. Von diesem Knoten „3“ gehen nach unten ein Widerstand zur unteren Schiene und ein Kondensator zur unteren Schiene ab; nach rechts führt ein in Serie liegender Koppelkondensator zu einem mittleren Knoten. - Am mittleren Knoten (rechts des Serienkondensators) gehen drei Verbindungen ab: nach unten ein Widerstand zur unteren Schiene, nach links zurück zum Koppelkondensator, und nach rechts über einen Widerstand zu einem rechten senkrechten Leiter. - Rechts ist ein zweiter Transistor im Kreis. Sein oberer Anschluss liegt an dem rechten senkrechten Leiter; dieser ist nach oben über den erwähnten rechten Widerstand mit der oberen Schiene verbunden und nach rechts über einen Kondensator mit der offenen Klemme „4“ (Ausgang). Der untere Anschluss des rechten Transistors geht über einen Widerstand zur unteren Schiene; zusätzlich ist von diesem unteren Anschluss ein Kondensator nach unten zur unteren Schiene eingezeichnet. - Unten verläuft eine durchgehende horizontale Bezugsschiene; in der linken Hälfte ist ein Masse-Symbol eingezeichnet, am rechten Ende eine offene Klemme. Alle Kreuzungspunkte mit ausgefüllten Punkten stellen elektrische Knoten dar.
AD618: Welche Auswirkung hat die Messung der Oszillatorfrequenz mit einem Tastkopf an Punkt 3?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: 1) Kurzfassung: Schaltplan mit zwei Transistoren, einem Quarz zwischen den Klemmen 1 und 2, mehreren Widerständen und Kondensatoren, einer Spule zur mit „+“ gekennzeichneten Versorgung und einem kapazitiv gekoppelten Ausgang an Klemme 4. 2) Detaillierte Beschreibung: - Oben verläuft eine durchgehende horizontale Leiterbahn; rechts ist sie über eine Spule (Drossel) mit einer mit „+“ markierten Versorgungsklemme verbunden, links ist an der oberen Schiene ein Batteriesymbol eingezeichnet. Von der oberen Schiene führen je ein Widerstand nach unten: einer links zu einem linken Knoten, einer rechts zu einem rechten Knoten. - Links befinden sich zwei offene Klemmen „1“ (unten) und „2“ (oben); dazwischen ist ein Quarz (rechteckiger Resonator zwischen zwei Platten) eingezeichnet. Von Klemme „1“ führt ein verstellbarer Kondensator (Schrägstrich/Schieber) nach unten zur unteren Schiene. Von Klemme „2“ geht eine Leitung nach rechts zu einem Knoten; an diesem Knoten ist nach unten ein Kondensator zur unteren Schiene angeschlossen und nach oben der erwähnte linke Widerstand von der oberen Schiene. - Links mittig steht ein Transistor in einem Kreis. Sein oberer Anschluss liegt an der oberen Schiene; ein seitlicher Anschluss geht an den Knoten mit Klemme „2“; der untere Anschluss führt zu einem Knoten mit der offenen Klemme „3“. Von diesem Knoten „3“ gehen nach unten ein Widerstand zur unteren Schiene und ein Kondensator zur unteren Schiene ab; nach rechts führt ein in Serie liegender Koppelkondensator zu einem mittleren Knoten. - Am mittleren Knoten (rechts des Serienkondensators) gehen drei Verbindungen ab: nach unten ein Widerstand zur unteren Schiene, nach links zurück zum Koppelkondensator, und nach rechts über einen Widerstand zu einem rechten senkrechten Leiter. - Rechts ist ein zweiter Transistor im Kreis. Sein oberer Anschluss liegt an dem rechten senkrechten Leiter; dieser ist nach oben über den erwähnten rechten Widerstand mit der oberen Schiene verbunden und nach rechts über einen Kondensator mit der offenen Klemme „4“ (Ausgang). Der untere Anschluss des rechten Transistors geht über einen Widerstand zur unteren Schiene; zusätzlich ist von diesem unteren Anschluss ein Kondensator nach unten zur unteren Schiene eingezeichnet. - Unten verläuft eine durchgehende horizontale Bezugsschiene; in der linken Hälfte ist ein Masse-Symbol eingezeichnet, am rechten Ende eine offene Klemme. Alle Kreuzungspunkte mit ausgefüllten Punkten stellen elektrische Knoten dar.

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