Oszillatoren
Der elektrische Schwingkreis
Oszillator, aus dem lateinischen oszillare "Schaukeln": und genau an diesen Beispiel lässt sich einfach die Funktion erklären. Wenn eine Schaukel angeschoben wird, fängt diese an zu schwingen, oder mit anderen Worten, sie pendelt hin und her. Nach einer gewissen Zeit nimmt die Pendelbewegung ab, bis die Schaukel zum Stillstand kommt. Wenn also nicht zum richtigen Zeitpunkt regelmäßig die Schaukel angestoßen wird, kann auch keine dauerhafte und gleichmäßige Pendelbewegung erfolgen. Ohne diese von außen zugeführte Energie, z. B. in Form eines weiteren Anschiebens, werden die Schaukelbewegungen im Zeitverlauf gedämpft, bis die ursprüngliche Energie verbraucht ist. Um einen ungedämpften Schwingkreis zu erzeugen, muß also regelmäßig und zum richtigen Zeitpunkt, dieser Pendelbewegung neue Energie zugeführt werden. In der Elektronik wird daher die urspüngliche Pendelbewegung einem Verstärker zugeführt, der die bereits gedämpfte Schwingung verstärkt auf den Eingang des Schwinkreises zurückkoppelt und den Schwingvorgang somit erneut anstößt. Dadurch entsteht ein freischwingendes System mit denen beispielsweise auch elektromagnetische Frequenzen erzeugt werden können. Solche elektromagnetische Frequenzen werden z. B. auch für Trägersignale zum Übertragung von Musik und Sprache im Rundfunk verwendet.
RC-Oszillatoren
Der Phasenschiebergenerator 
In der Elektronik wird zur Phasenverschiebung ein RC-Glied, bestehend aus eine Widerstand und einem Kondensator, eingesetzt. Wird an einen Kondensator eine Spannung angelegt, so eilt der Strom während der Aufladung, der Spannung um 90° voraus. In einer Reihenschaltung mit einem Widerstand entsteht dabei eine frequenzabhängige Phasenverschiebung, die auch den Phasenwinkel beeinflusst. Für niederfrequente Oszillatoren können Phasenschieberketten mit einen rückgekoppelten Verstärker verwendet werden. Die meisten Phasenschieber-Oszillator besteht in der Regel aus drei gleichwertig dimensionierten und in Reihe geschalteten RC-Glieder, deren einzelnen Glieder eine Phasenverschiebung von je 60° aufweisen. Jedes dieser RC-Glieder sorgt hierbei für eine Phasenverschiebung von 60°. Bei drei hintereinander geschalteten RC-Gliedern mit einer Phasenverschiebung von je 60°, ergibt sich ein Phasenwinkel von 180°. Für ein freies Schwingen eines Oszillators muss die Phasenlage allerdings 360° aufweisen. Zudem entstehen durch die Widerstände und das Laden bzw. Entladen der Kondensatoren Verluste. Um diese Verluste auszugleichen, werden die Schwingungen zur Verstärkung, der Basis eines Transistors zugeführt. Der Transistor ist in Emitterschaltung ausgeführt und an seinem Kollektoranschluß erfolgt ebenfalls eine Phasendrehung von 180°. Die benötige Phasenlage von 360° ist damit erreicht und das verstärkte Signal kann über den Kollektoranschluß dem Eingang der Phasenschieber-Kette zurückgeführt werden. In einem ständigen Wechsel erfolgt nun die Ladung und Entladung der Kondensatoren und der rückgekoppelten Verstärkung durch den Transistor, wodurch der Oszillator selbstständig schwingen kann. Der im Anleitungsbuch (Seite 67) beschriebene Oszillator weißt eine schaltungstechnische Besonderheiten auf. Die Phasenverschiebung wird durch die Kondensatoren C1, C2 und C3 und den Widerständen R2 und R3 bestimmt, wobei der letzte Widerstand der Phasenschieberkette durch den Eingangswiderstand des Transistors gebildet wird.
Die Frequenz des Phasenschiebergenerator wird mit den RC-Gliedern festgelegt. Möchte man zum Beispiel die Frequenz erhöhen, so können die Kapazitäten der Kondensatoren verringert oder die Widerstände erhöht werden. Ein einfaches Berechnungstool für den Phasenschiebergenerator ist auf der Webseite von Electronic Developer verfügbar.
Die Wien-Brücke
Ein weiterer RC-Oszillator ist der Wien-Robinson Generator. Diese besteht im Kern aus der sogenannten Wien-Brücke, die bei symetrischer Dimensionierung eine sehr konstante Wechselspannung erzeugt. In der Schaltung 2.02 - Morseübungsgerät - wird zur Schwingungserzeugung eine Wien-Brücke angewand. Der Vorteil dieses Oszillators liegt darin, das dieser auch für höhere Frequenzbereiche aufgebaut werden kann. In der Regel wird dieser Generator mit einem nicht-invertierten Verstärker (Grundschaltung eines Operationsverstärker) aufgebaut, da dieser keine Phasendrehung aufweist (Phasenlage 0°). In der Schaltung "Morseübunggerät" werden, anstelle eines nicht-invertierten Verstärkers, zwei Transitoren in Emitterschaltung verwendet. Da jeder der beiden Transistoren in Emitterschaltung eine Phasendrehung von 180° aufweist, ergibt sich aus der Summe der Phasendrehungen, eine Phasenlage von 360°. Somit ist die Schwingungsbedingung ebenfalls erfüllt und der Oszillator kann frei schwingen. Weitere Informationen zur Wien-Brücke auf der Seite von Elektronik Tutor.
PS: die Schwingbedingung eines Oszillators ist erfüllt, wenn die Phasenlage 0° oder 360° aufweist.
LC-Oszillator - hohe Güte und Genauigkeit
Auf der Seite 68 des Anleitungsbuches wird ein LC-Ozillator vorgestellt, der in der sogenannten Colpitts-Schaltung ausgeführt ist. Im Gegensatz zu RC-Oszillatoren besteht der Schwinkkreis eines LC-Oszillator aus einer Induktivität (z. B. Spule) und dem Kondensator. Bei der Colpitts-Schaltung sind dabei zwei Kondensatoren in Reihe geschalten (kapazitiver Spannungsteiler). Um ein Abschwächen der Schwingung auszugleichen, wird ein Teil der Schwingkreisspannung vom kapazitiven Spannungsteiler auf den Emitter des Transistors zur Verstärkung zurückgeführt. Mit LC-Oszillatoren können sehr hohe Frequenzen erzeugt werden, weshalb sie auch häufig im Bereich der Hochfrequenz-Technik zum Einsatz kommen. Die Frequenz eines LC-Oszillators ist abhängig von der Induktivität der Spule und der Kapazität des Kondensators. Sollte die Frequenz als Beispiel verringert werden, so kann die Induktivität der Spule vergrößert oder die Kapazität der Kondensatoren verkleinert werden. Weitere Informationen zum Colpitts-Oszillator auf der Seite von Elektronik Tutor.
Weitere Oszillator-Schaltungen
Das Anleitungsbuch zum EE2003 beschreibt im Kapitel Elektronische Geräte eine ganze Reihe von Schaltungen, die mit RC bzw. LC Oszillatoren realisiert wurden. Die folgende Auflistung zeigt, unter welchem Teilgebiet diese Geräte zu finden sind.
2. Fernmeldetechnik
- 2.02 Morseübungsgerät mit Lautsprecher (Seite 88)
RC-Oszillator (Wien-Brücke) mit nachgeschalteter Verstärkerstufe. - 2.05 Telefonzeichengeber (Seite 94)
RC-Oszillator (Phasenschieber) in Kombination mit der astabilen Kippstufe.
3. Elektronische Signalanlagen
- 3.08 Optische und akustische Einbrecher Alarmanlage (Seite 112)
RC-Oszillator (Phasenschieber) in Kombination mit der bistabilen Kippstufe. - 3.14 Zweiklanghorn (Seite 124)
RC-Oszillator (Phasenschieber) in Kombination mit der astabilen Kippstufe.
4. Meß- und Regeltechnik
- 4.12 Regelbarer Tonfrequenz-Generator (Seite 160)
Schaltung mit zwei LC-Oszillatoren (Colpitts Oszillator).