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Oszillatoren
1 Aufgabenstellung
· Dimensionierung und Aufbau von Rechteck- und Sinusoszillatoren
· Abgleich der Frequenz
2 Allgemeines
Die Schaltungen wurden auf einer Lötleiste aufgebaut. Als Blockkondensator wurde ein 150nF-Typ verwendet, welcher jedoch fälschlicherweise nur von UB+ nach UB- geschaltet wurde (anstatt zwei Kondensatoren von UB+ nach Masse nach UB- wie in der Schaltung eingetragen).
Für die Operationsverstärker wurde ein 4fach-Operationsverstärker-IC vom Typ LM324 verwendet (zu beachten ist, dass der im Datenblatt mit GND bezeichnete Anschlusspin die neg. Versorgung darstellt). Die Betriebsspannung wurde mit dem Multimeter P2 auf UB = ±15V eingestellt.
Die Frequenzen wurden jeweils mit dem Frequenzzähler P5 ermittelt.
3 Funktionsgenerator für Dreieck und Rechteck
3.1 Schaltung
Es wurde folgende Schaltung1 aufgebaut:
Die verwendeten Bauteilwerte (nach Abgleich) wurden bereits eingetragen.
3.2 Dimensionierung
Die Schaltung wurde lt. den Formeln im Tietze/Schenk dimensioniert.
3.3 Messungen und Frequenzabgleich
Mit den berechneten Werten betrug die Frequenz nur etwa 500Hz, deshalb wurde R3 verdoppelt (statt 10kW wurden 10kW + 8,2kW + Potentiometer 50kW für Abgleich verwendet). Da dadurch der gewünschte Effekt noch nicht erzielt worden war, wurde zu R1 ein 12kW Widerstand parallel geschaltet. Somit ergaben sich folgende neue Werte:
R1 = 5,41kW
R3 = 19,44kW (mit Potentiometer abgeglichen)
genaue Frequenz: fgenau = 1,0084 kHz
Die Amplitude des Dreieckausgangssignals stimmte mit der Berechnung ebenfalls fast überein (genauer Wert wurde nicht gemessen).
Lt. den Formeln musste sich ergeben:
Signaldiagramm (Tietze/Schenk)
T/S S.487 Diagramm incl. Text unten
Aufgenommenes Signaldiagramm
Aufgenommenes Signaldiagramm
4 Programmierte Schwingungsdifferentialgleichung
4.1 Schaltung2
Die berechneten Werte wurden bereits eingetragen.
4.2 Dimensionierung
Die Schaltung wurde lt. den Formeln im Tietze/Schenk dimensioniert.
Durch die Verstellung des Potentiometers konnte die Schwingung am Ausgang von keiner Schwingung über einen Sinus bis zu einer Rechteckschwingung bis in die Aussteuergrenzen variiert werden. In einem sehr engen Winkelbereich war auch eine Änderung der Amplitude des Sinussignals sowie eine leichte Frequenzänderung möglich.
Da die Ausgangsfrequenz sehr genau stimmte, wurde (auch aus Zeitgründen) kein Abgleich mehr vorgenommen.
Für eine Potentiometerstellung wurden folgende Werte aufgenommen:
(Ausgangssignal sowie u1 und u2 ® Sinusform)
f = 993,6 Hz
Ûa = 5V
Phasenverschiebung: u1 zu ua: j = -72°
u1 zu u2 j = -110°
u2 zu ua j = -180°
5 Interpretation der Messergebnisse
5.1 Funktionsgenerator für Dreieck und Rechteck
Die Schaltung funktionierte zufriedenstellend. Nach dem Abgleich der Frequenz stimmte auch die Amplitude ÛD, obwohl diese nicht speziell abgeglichen wurde. Die Abweichung der theoretischen Werte ist jedoch beträchtlich (Faktor zwei). Möglicherweise liegt dies an der hohen Frequenz einerseits (SLEW-Rate) und daran, dass die als Komperator geschalteten Operationsverstärker durch die Sättigung langsam wurden.
Das Signaldiagramm stimmt mit dem Tietze/Schenk überein.
5.2 Programmierte Schwingungsdifferentialgleichung
Die Schaltung funktionierte zufriedenstellend. Die Phasenverschiebung des linken I-Elements NOV1 betrug nur etwa 70°, nach NOV2 betrug die Verschiebung jedoch 180°, dies wurde offensichtlich durch das Potentiometer bewirkt (Schwingbedingung sonst nicht erfüllt), da die Verschiebung durch NOV2 alleine 110° betrug. NOV3 als invertierender Verstärker komplettiert die Phasenverschiebung auf 360°.
1 Vergl. U.Tietze/Ch.Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik, 10. Auflage, Seite 486/Kap. 15.5.4/Abb. 15.39
2 Vergl. U.Tietze/Ch.Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik, 10. Auflage, Seite 477/Kap. 15.4/Abb. 15.29
