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LC-Oszillator

Die Anforderungen an einen Oszillator sind, daß er zuverlässig anschwingt, tatsächlich nur eine Frequenz erzeugt und diese stabil beibehält. Der oben vorgestellte RC-Generator erfüllte nur die erste Bedingung. In der Praxis werden häufig transistorbestückte LC-Oszillatoren (L=Spule) eingesetzt. Die Spulen müssen selber gewickelt werden, was aber keinesfalls abschrecken sollte. Siehe auch Spulen herstellen. Es gibt die unterschiedlichsten Bautypen von LC-Oszillatoren, einer davon sei vorgestellt:

Mit LC-Oszillatoren lassen sich schöne, saubere Sinusschwingungen erzeugen, sofern der Transistor nicht übersteuert wird. Das Problem ist jedoch der Frequenzdrift: erwärmen sich die Bauteile, ändern sich ihre elektrischen Eigenschaften und damit auch die Resonanzfrequenz. Erst nach ausreichender Betriebsdauer hat sich ein konstantes Temperaturniveau eingestellt, bei der dann auch die Frequenz stabil ist. Für kurze Radiosendungen erweist sich dies jedoch als ungünstig.

Was auf alle Fälle getan werden kann, ist den Oszillator in ein Metallgehäuse einzubauen und thermisch von den heizenden Bauteilen (Endstufentransistor) abzukoppeln. Das Gehäuse muß zudem aus Metall und geerdet sein, damit keine "parasitären Schwingungen" vom Senderausgang wieder zum Oszillator zurückwirken. Siehe dazu auch Mechanischer Aufbau.

Astabile Kippschaltung

Als konkretes Bastelprojekt wird jetzt ein besonders einfacher LC-Oszillator vorgestellt, er dient als Spielzeugsender. Die komplette Schaltung kommt mit 12 Bauteilen aus und eignet sich daher besonders gut zum unversierten Nachbau. Der Oszillator besteht aus 2 Feldeffekt-Transistoren, die am Steuereingang (Gate) mit einem Lade-/Entladekondensator beschaltet sind. Die Transistoren sind immer wechselseitig geschaltet bzw. ungeschaltet. Sobald ein Transistorausgang (z.B. Drain von T1) ein positives Signal führt, zieht er den Kondensator (C2) und damit den Eingang des zweiten Transistors (Gate von T2) hoch. Dieser zweite Transistor (T2) schaltet dann durch und legt seinen Ausgang (Drain von T2) auf Masse. Der Kondensator (C2) entlädt sich mit einer Zeitverzögerung und schaltet den zweiten Transistor (T2) dann wieder auf positives Signal. Jetzt zieht der zweite Transistorausgang den Kondensator (C1) des ersten hoch und schließt damit den ersten Transistor (Drain von T1 geht auf Masse). Der Vorgang wiederholt sich Pingpong-mäßig endlos. Frequenzbestimmendes Glied ist das LC-Glied bestehend aus Drehkondensator und Spule (L1). Hier kann also die Sendefrequenz eingestellt werden. Die Schaltung heißt astabile Kippstufe und sie zeichnet sich dadurch aus, daß sie keinerlei Probleme mit dem Anschwingen hat. Bauanleitung als gif-file (322 kB), pdf-file (409 kB).

Quarzoszillator

Die beste Frequenzstabilität wird durch einen Quarzoszillator (oder durch eine quarzgetaktete Steuerung) erreicht. Der Schwingungsquarz bestimmt durch seine Geometrie die Frequenz und ist ab Werk für diese ausgelegt. Dies ist zugleich der Nachteil des Quarzoszillators: die Frequenz läßt sich nur durch Austausch des Quarzes ändern. Während es für die CB-Funkbänder (27...28MHz) eine ganze Pallette an Quarzen in 10kHz-Schritten zu kaufen gibt, gibt es im UKW-Bereich eigentlich nur den 100MHz Eichquarz. Duch geeignete Auslegung des Oszillators können aber auch ganzzahlige Vielfache der Quarzfrequenz angeregt werden, der Quarz hat nämlich harmonische Oberschwingungen (2x, 3x, 4x, ...).

Ein Quarzoszillator mit Oberschwingungen wird nachfolgend vorgestellt. Aufgabe der nachfolgenden Stufen muß es sein, die gewünschte Frequenz herauszufiltern.

PLL-Generator

Als State-of-the-Art-Oszillator soll nun noch der PLL-Generator vorgestellt werden. In modernen Rundfunkempfängern (solche mit digitaler Frequenzanzeige) werden solche "Phase-locked-Loop"-Oszillatoren eingesetzt.

Der PLL-Generator besteht aus 2 Oszillatoren: einem digitalen, der ein rechteckiges Ausgangssignal hat und einem analogen, spannungsgesteuerten Sinusoszillator (VCO=Voltage-controlled-Oscillator). Wie wir in der 1. Anordnung mit dem Schmitt-Trigger gesehen haben, ist ein Rechtecksignal wegen der vielen Oberschwingungen ungeeignet, gesendet zu werden. Dafür kann es aber leicht mit digitaler Schaltungstechnik geteilt oder vervielfacht werden. So erzeugt der Digitalteil des PLL-Generators aus einem quarzgesteuerten Frequenztakt die gewünschte UKW-Frequenz, die z.B. über eine kleine Schalteranordnung eingestellt wurde. Diese Frequenz wird mit der des Sinusoszillators (VCO) verglichen. Bei Abweichung wird der VCO automatisch nachgeregelt, bis beide Frequenzen gleich sind.

Die Hauptbestandteile des PLL-Generators sind in einer Integrierten Schaltung untergebracht, die leider schwer zu beschaffen ist. Wir verzichten daher darauf, die PLL-Schaltung von Free-Radio-Berkeley zu veröffentlichen (es sei denn, jemand bekommt raus, wo die Integrierten Schaltungen MC12017 und MC145152 zu bekommen sind). Stattdessen zeigen wir die Schaltung mit einzelnen Logikbausteinen von M. Weiss (siehe Links):

Den dazugehörigen VCO und Platinen-Layouts gibt es auch bei M. Weiss.