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Phasenschiebergenerator


Mit dem Phasenschiebergenerator, auch Oszillator mit Phasenschieberkette genannt, lassen sich auf sehr einfache Weise sinusförmige Signale erzeugen. Sie können mit drei oder auch vier RC- oder CR-Gliedern aufgebaut sein.



Phasenschiebergenerator mit 3 RC-Gliedern

Kernstück sind drei RC-Gliedern (Rückkopplungsnetzwerk mit Tiefpass) und ein nachfolgenden Verstärker. Jedes RC-Glied hat eine Phasenverschiebung, die von der Frequenz abhängt. Bei einer einzigen Frequenz, der Oszillatorfrequenz, beträgt die Phasenverschiebung pro RC-Glied 60 Grad, was bei dreien eine Phasenverschiebung von 180 Grad ausmacht.


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Oszillator mit Phasenschieberkette aus drei RC-Gliedern


Die Frequenz hängt von den Werten der Kondensatoren C1 bis C3 und den Widerständen R1 bis R3 ab. Alle drei Widerstände und auch alle drei Kondensatoren müssen jeweils die gleichen Werte haben! Die Frequenz errechnet sich folgendermaßen:


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Bei der Berechnung muß man auf gleiche Einheiten achten! Also Kiloohm in Ohm und Mikrofarad in Farad umrechnen!

Der nachfolgende Verstärker arbeitet als Emitterschaltung. Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors T1 wird den Anfang der Kette wieder zugeführt (Mitkopplung). Da bei einer Emitterschaltung Ein- und Ausgangssignal um 180 Grad phasenverschoben sind, beträgt die Gesamtphasenverschiebung 0 Grad und die Schaltung kann schwingen.

Damit es zu einer Schwingung kommen kann, muß die Verstärkung des Signals genau bei 1 liegen. Die Phasenschieberkette hat immer eine gewisse Dämpfung, bei der dreigliedrigen liegt sie bei 29, so daß der Verstärker notwendig ist, um die Dämpfung des Ausgangssignals, welches ja wieder in die Kette zurückgeführt wird, auszugleichen. Die Verstärkung muß über 29 liegen. Um sie genau einzustellen, wird in der Regel ein Widerstand, z. B. R4, als Poti ausgeführt.

Durch den Emitterwiderstand R7 wird die Verstärkung allerdings vermindert. Daher wird oft ein Kondensator parallel zum Emitterwiderstand geschaltet. Da ein Kondensator nur Wechselspannung durchläßt, kann das Sinussignal so den Emitterwiderstand umgehen und die Verstärkung bleibt für das Sinussignal voll erhalten. Allerdings handelt man sich so auch einen ungünstigeren Klirrfaktor beim Sinussignal ein. Es ist daher ratsamer, statt einen parallelgeschalteten Kondensator eher ein Transistor mit einer höheren Stromverstärkung einzusetzen.

Wichtig ist das die angeschlossene Last einen möglichst hohen Eingangswiderstand hat. Er sollte nicht kleiner als 100 Kiloohm sein. Das beste ist daher, wenn man dem Ausgang einen Emitterfolger nachschaltet, d. h. das Ausgangssignal in die Basis eines weiteren Transistors führt, der in Kollektorschaltung arbeitet.



Phasenschiebergenerator mit 3 CR-Gliedern

Diese Schaltung ist der oberen ganz ähnlich, nur das hier die Reihenfolge der Widerstände und Kondensatoren vertauscht ist. Wir haben es hier mit CR-Gliedern (Rückkopplungsnetzwerk mit Hochpass) zu tun. Auch hier hat jedes CR-Glied eine Phasenverschiebung, die von der Frequenz abhängt. Bei einer einzigen Frequenz, der Oszillatorfrequenz, beträgt die Phasenverschiebung pro CR-Glied 60 Grad, was bei dreien eine Phasenverschiebung von 180 Grad ausmacht.


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Oszillator mit Phasenschieberkette aus drei CR-Gliedern


Für den nachfolgenden Verstärker gilt das gleiche, wie schon weiter oben beschrieben. Der letzte Widerstand der Phasenschieberkette kann gleichzeitig der Eingangswiderstand für den Verstärker sein. Die Verstärkung durch den Transistor muß über 29 betragen.

Die Frequenz hängt von den Werten der Kondensatoren C1 bis C3 und den Widerständen R1 bis R3 ab. Alle drei Widerstände und alle drei Kondensatoren müssen jeweils die gleichen Werte haben! Die Frequenz errechnet sich folgendermaßen:


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Bei der Berechnung muß man auf gleiche Einheiten achten! Also Kiloohm in Ohm und Mikrofarad in Farad umrechnen!



Phasenschiebergenerator mit 4 RC-Gliedern

Einen Phasenschiebergenerator kann man auch mit vier RC-Gliedern (Rückkopplungsnetzwerk mit Hochpass) aufbauen. Bei einer einzigen Frequenz, der Oszillatorfrequenz, beträgt die Phasenverschiebung pro CR-Glied 45 Grad, was bei vieren eine Phasenverschiebung von 180 Grad ausmacht.


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Oszillator mit Phasenschieberkette aus vier RC-Gliedern


Die Frequenz hängt von den Werten der Kondensatoren C1 bis C4 und den Widerständen R1 bis R4 ab. Alle vier Widerstände und auch alle vier Kondensatoren müssen jeweils die gleichen Werte haben! Die Frequenz errechnet sich folgendermaßen:


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Bei der Berechnung muß man auf gleiche Einheiten achten! Also Kiloohm in Ohm und Mikrofarad in Farad umrechnen!



Phasenschiebergenerator mit 4 CR-Gliedern

Auch umgekehrt geht es - ein Phasenschiebergenerator bestehend aus vier CR-Gliedern (Rückkopplungsnetzwerk mit Tiefpass). Auch hier beträgt bei einer einzigen Frequenz, der Oszillatorfrequenz, die Phasenverschiebung pro CR-Glied 45 Grad, was bei vieren eine Phasenverschiebung von 180 Grad ausmacht.


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Oszillator mit Phasenschieberkette aus vier CR-Gliedern


Die Frequenz hängt von den Werten der Kondensatoren C1 bis C4 und den Widerständen R1 bis R4 ab. Alle vier Widerstände und auch alle vier Kondensatoren müssen jeweils die gleichen Werte haben! Die Frequenz errechnet sich folgendermaßen:


phasenschieber4.gif

Bei der Berechnung muß man auf gleiche Einheiten achten! Also Kiloohm in Ohm und Mikrofarad in Farad umrechnen!

Der letzte Widerstand der Phasenschieberkette kann, genau wie bei der dreigliedrigen Version, gleichzeitig der Eingangswiderstand für den Verstärker sein.

Ein Beispiel eines kompletten Phasenschiebergenerators bestehend aus vier CR-Gliedern findet man hier.


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