HF-Oszillatoren simuliert    

von Heinz D.              
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Im oberen Bild ist die schwingende HF-Stufe aus dem SW-Radio
zu sehen. Grün ist die Spannung an der Basis/Schwingkreis, blau ist die Emitterspannung. Man sieht, das die positiven Halbwellen bei 0,7V begrenzt werden, sodass sich eine negative Hüllkurven-Gleichrichtung (AM-Demod.) ergibt. Darunter sehen Sie, dass T2 zusätzlich Energie in den Schwingkreis pumpt. Dadurch fängt der der Kreis viel früher an zu schwingen. Auch hier ist die Emitterspannung nur negativ gerichtet (AM-Demod.).



Hier sehen Sie grün=U-Schwingkreis, blau=I-Emitter-T1, rot=I-Emitter-T2. Blau und rot müssen sich abwechseln, weil sie sich den Strom teilen müssen. T1 (strom-) verstärkt die negativen Halbwellen (als Emitterfolger=Kollektorschaltung). T2 pumpt seinen Anteil als Mitkopplung 0° in den Schwingkreis.


[Karvelis-Drabek.jpg]

Zum Schluss noch die Simulationen der 2-Ton-Oszillatoren von Herrn Drabek/Karvelis. (Wer zu viele Transistoren hat, kann bei Saulius Karvelis nachsehen 'creating_simple2.gif', usw.) LTSpice zeigt, dass die Oszillatoren sich bei geringen Frequenzunterschieden gegenseitig 'mitziehen' (Phasenverschiebung) oder bei großen Unterschieden auf Harmonische 'einrasten' möchten.

Download: LTSpice.zip


Nachtrag: Transistor-Kapazitäten, von B. Kainka

Der Eintransistor-Oszillator aus der Kurzwellen-Audionschaltung schwingt nur weil es eine B-E-Kapazität gibt. Sie bildet zusammen mit dem Emitterkondensator einen kapazitiven Spannungsteiler, der es ermöglicht, das verstärkte Signal an einem Punkt geringer Impedanz wieder einzuspeisen.

Der emittergekoppelte Oszillator würde auch ganz ohne Kapazitäten schwingen. Er funktioniert auch noch im NF-Bereich. Man kann z.B. statt des Schwingkreises einen Lautsprecher nehmen, dann hat man einen Tongenerator. Im HF-Bereich spielen die Kapazitäten trotzdem eine Rolle. Weil die C-E-Spannung so klein ist sind die Kapazitäten groß und sehr spannungsabhängig, ähnlich wie bei einer Kapazitätsdiode. Der Oszillator ist daher nicht besonders stabil. Um den gesamten Mittelwellenbereich mit einem Drehko durchzustimmen muss man schon echte HF-Transistoren (BF494 o.ä.) nehmen, die etwa zehnfach geringere Kapazitäten haben als NF-Transistoren. Oder man legt die Transistoren an eine tiefe Anzapfung des Kreises, dann ist der Einfluss geringer.

Die symmetrische Schaltung kann zwei unabhängige Kreise entdämpfen (Drabek). Die Audion-Schaltung von Karvelis entdämpft nur den einen Kreis. Der andere ist ein Antennenkreis, der nur über die B-C-Kapazität des einen Transistors das Eingangssignal auf den eigentlichen Audion-Kreis koppelt. Dass ein Oszillatorsignal rückwärts verstärkt auf den Antennenkreis geht ist in der Anwendung als Audion nur ein unerwünschtes Nebenprodukt. Wenn der Antennenkreis auf einem Oberton des Oszillators abgestimmt ist, kann die Schaltung als Sender durchgehen. Das war ein übliches Verfahren im Amateurfunk. Die Antenne wirkt dann weniger auf den Oszillator zurück. In der Simulation ist der dritte Oberton eingestellt.


Nachtrag: Emittergekoppelter Oszillator als VCO



Eine Frage von Dirk Niemeier: Diese folgende Schaltung stammt aus dem Radiobaubuch. Die Schaltung habe ich so in LTSpice wie auch in Realität (Breadboard) aufgebaut. Der FET dient nur zum Auskoppeln, an der folgenden Beobachtung ändert sich nichts, wenn man ab C2 alles weglässt und direkt am Kollektor von Q2 misst.

Der Oszillator schwingt mitnichten auf der Resonanzfrequenz sondern in Abhängigkeit von der Spannung am Punkt R1/R2/R3 deutlich darunter. 10% sind leicht erreichbar. Je näher man an den Punkt kommt, an dem die Schwingungen abreißen, desto näher ist man an der theoretischen Resonanzfrequenz, aber immer noch davon entfernt. Im Experiment war der Effekt sehr viel größer als in der Simulation. Gemessen wurde mit Hameg-Tastkopf 10M/50p. Verglichen mit der Schwingkreiskapazität sind die parasitären Kapazitäten, der Koppelkondensator (sofern der rechte Teil der Schaltung existiert) und die Tastkopfkapazität recht klein, daran kann es also eigentlich nicht liegen.

Obendrein ist der Frequenzshift auch noch stark abhängig von der Dimensionierung des Schwingkreises. Bei 1n ... 10n ist der Shift (d.h. die rel. Abweichung vom Soll) größer, je größer die Induktivität ist. Die Schaltung ist also bei unbedarftem Einsatz höchsten ein Schätzeisen. Die Frage ist nun: Warum? Warum ist diese Schaltung ein VCO (wenn auch ein schlechter)?

Antwort: Es liegt an den Transistorkapazitäten, die zusammen je nach Arbeitspunkt bis auf ca. 50 pF kommen können. Ein Transistor kann sogar als Kapazitätsdiode eingesetzt werden (E und C zusammen gegen B).  Ich schätze, dass man in dieser Schaltung zwischen 20 pF und 50 pF einstellen kann. Das ist ein klarer Nachteil der Schaltung, ein Resultat der sehr direkten Kopplung an den Schwingkreis. Das Problem wird geringer wenn die Kapazität im Schwingkreis größer ist. Mit 10 nF wie im Schaltbild oben ist die Verstimmung gering. Größer ist in diesem Fall der Fehler, der durch die Eigenkapazität der 10-mH-Spule hinzukommt.




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