Wie in der Mechanik kann man auch in der Elektrotechnik schwingungsfähige Systeme bauen. Durch das Hinzufügen von Energie können sogar selbstschwingende Systeme aufgebaut werden.
In der Mechanik kann man sich beispielsweise ein Pendel, bzw. eine Schaukel vorstellen, die zum richtigen Zeitpunkt angestoßen werden muss, um immer weiter zu schwingen.
In der Elektrotechnik kann man ähnliche schwingende Systeme aufbauen, sogenannte Oszillatoren.
Bestandteile eines Oszillators
Ein Oszillator benötigt im wesentlichen zwei Teile.
Ein Verstärker verstärkt das Signal einer Schaltung. Dies ist notwendig, damit das Signal selbständig aufschwingen kann. Eine kleine Störung innerhalb des Systems wird so verstärkt und kann so für das eigenständige „Aufschaukeln“ des Oszillators verwendet werden.
Das verstärkte Signal wird über eine Rückführung wieder auf den Eingang der Schaltung geführt wird.
Hierbei ist es wichtig, dass das rückgeführte Signal, dem System zum richtigen Zeitpunkt die Impulse zum Aufschwingen liefert.
Analog zu Schaukel, bei der der „Schubs“ genau dann zu erfolgen hat, wenn die Schaukel gerade wieder mit der Vorwärtsbewegung beginnt, ist es auch beim Oszillator wichtig den Impuls zur richtigen Zeit zum Schwingungsaufbau zu nutzen.
Der RC-Oszillator
Bei dem im Video dieses Artikels verwendeten RC-Oszillators wird zur Verstärkung des Signals eine Operationsverstärker-Schaltung verwendet.
In der Beschaltung als invertierender Verstärker sorgt die Operationsverstärkerschaltung für eine negatives Vorzeichen. Beziehungsweise für eine Phasendrehung von 180°.
Diese Phasenverschiebung muss in der Rückführung wieder kompensiert werden, so dass der Eingang der Verstärkerschaltung phasengleich zur Ausgangsspannung wird.
Die Phasendrehung für den RC-Oszillator
Für die Phasendrehung von Wechselstromsignalen eignen sich frequenzabhängige Bauteile wie Spulen oder Kondensatoren.
In diesem Beispiel werden RC-Tiefpässe verwendet. Ein RC-Tiefpass sorgt für eine Phasenverschiebung von 0 bis 90°, abhängig von der Frequenz.
Mit drei Tiefpässen lässt sich also eine Phasenverschiebung von 180° realisieren. Und zwar genau für die Frequenz, bei der jeder Tiefpass für eine Phasenverschiebung von 180° sorgt.
Genau diese Frequenz ist dann auch die Schwingungsfrequenz des Oszillators.
Video zum RC-Oszillator
Im folgenden Video wird ein RC-Oszillator in PSPICE simuliert. Wenn Du einmal selbst mit PSPICE Schaltungen simulieren möchtest, findest Du im folgenden Link Informationen, wie Du die im Video verwendete PSPICE-Demo Version kostenlose bestellen kannst.
Jetzt aber viel Spaß mit dem Video.
