Rob's web

Oscillatoren 1

Tonny behandelt in een aantal afleveringen de diverse aspecten die van invloed zijn op het functioneren van oscillatoren.

In dit eerste deel wordt de basistheorie van het oscilleren van elektronische schakelingen behandeld en beginnen we dus echt bij het begin.

Generatoren (Latijn: genre = opwekken) zijn schakelingen die, zonder een ingangssignaal te ontvangen, een wisselspanning afgeven. Al naargelang de vorm van deze wisselspanningen maken we onderscheid tussen sinus-, blok-, driehoek- en zaagtandgeneratoren, om er maar enkele te noemen. Vaak zijn deze generatoren omschakelbaar, zodat men elke gewenste wisselspanningvorm met een generator kan opwekken.

Dergelijke apparaten heten functiegeneratoren.

Oscillator

In het hele gebied van de elektronica, worden generatoren zeer veelvuldig toegepast.

Zo bevat elk radiotoestel een of meer sinusgeneratoren en in een televisietoestel worden blok-, zaagtand- en sinusgeneratoren gebruikt. De digitale techniek is niet denkbaar zonder pulsgeneratoren en in de meet- en regeltechniek worden ook allerlei soorten generatoren gebruikt.

Wanner er sprake is van sinusvormige wisselspanningen wordt vaak het woord oscillator (Latijn: oscillare = slingeren) gebruikt.

Het aantal schakelingen waarmee een oscillator te realiseren is, is vrijwel eindeloos.

Er is een ruime keuze uit verschillende elementen zoals elektronenbuis, FET, Transistor, Opamp en deze kunnen ook nog als GBS, GES, GCS geschakeld zijn. Frequentiebepalende elementen zijn er ook legio zoals L/C serie- en parallelschakeling, RC voor LF oscillatoren, kristallen, trilholtes, enz.

Iedere oscillatorschakeling heeft z'n eigen bijzonderheden zoals makkelijk startend, stabiliteit, belastbaarheid.

De belangrijkste schakelingen zijn genoemd naar hun uitvinders zoals Meissner, Colpitt, Clapp, Hartley enz.

Trilling/periodetijd

Een trilling is een periodiek heen en weer gaande beweging, denk hierbij bijv. aan een vioolsnaar als de strijkstok hierover heen gaat. Ook een heen en weergaande schommel oscilleert net als een slinger van een klok.

Fig. 1
Fig. 1.

Feitelijk komen deze bewegingen overeen.

Een volledige heen en weergaande beweging van de slinger is dus een trilling en is gelijk aan een periode.

Een klok loopt gelijk omdat elke periode van de sinus een gelijke tijdsduur heeft. Bij een oscillator is het dus nodig dat er iets oscilleert (tilt) in eenzelfde tempo. Als we een schommel als voorbeeld nemen, dan zal de schommel als we deze op een bepaalde beginhoogte loslaten, uiteindelijk stil komen te staan door de wrijving.

Fig. 2
Fig. 2.

In deze zgn. gedempte trilling is geen extra energie toegevoegd!

Om dit oscilleren in stand te houden zullen we de schommel, op het juiste moment: in fase, moeten duwen.

Feitelijk is de oscillator een sinusgenerator, die met behulp van de eigen 'slingering' van een afgestemde kring, de zgn. resonantiekring, zichzelf in stand houdt.

Werking

In principe is elke oscillatorschakeling terug te brengen tot een energie versterkend element met voedingsbron en een terugkoppelschakeling.

De laatstgenoemde zorgt er voor dat een gedeelte van de uitgangsenergie in de juiste fase en grootte terug wordt gevoerd naar de ingang (meekoppeling).

Voorbeeld: de parallelkring

Hierbij ontlaadt een condensator zich over de spoel die vervolgens door zijn inductiespanning de condensator weer (deels) op laadt totdat de energie 'lading' verdwenen is. Doordat ook hierbij verliezen optreden zal dit ook eindigen op een gedempte trilling.

Fig. 3
Fig. 3. C wordt geladen.

Fig. 4
Fig. 4. C wordt door de spoel opgeladen, eindwaarde is kleiner (gedempt).

Het actieve element kan gevormd worden door een buis, transistor, FET en dergelijke.

Warmer een geladen condensator over een spoel geschakeld wordt zal deze zich ontladen over de spoel. Maar de spoel wekt een inductiespanning op die de condensator weer op wil laden.

Dit lukt niet tot de oude lading Uc vanwege de verliezen van zowel de condensator als de spoel.

Voorwaarden om te oscilleren

  1. Er moet een frequentie zijn, waarbij de teruggekoppelde spanning in fase is met de oorspronkelijke ingangsspanning.
  2. De versterking voor deze frequentie moet gelijk of zijn dan 1 zijn (bij oscilleren). In het begin moet deze groter dan 1 zijn, om uit de ruis die ene frequentie te versterken.

Zijn deze minimaal twee voorwaarden niet aanwezig, dan kan de schakeling NIET oscilleren.

De specifieke resonantiefrequentie wordt in de ruis gevonden. De ruis is altijd aanwezig is en bevat alle frequenties.

Als we een oscillatorschakeling gaan ontleden, dan kunnen we in deze oscillatorschakeling altijd onderdelen of gedeelten met de volgende functies vinden:

Fig. 5
Fig. 5.

Fig. 6
Fig. 6. Start van de oscillator: rondgaande versterking wordt een.

Versterkend element

Kan een of meer versterkende elementen bevatten, waarvan de belangrijkste eigenschappen zijn:

Tonny van den Burgh, PA4TON.

Deeel 1 - deel 2