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    Colpitts Oszillator

    Der Colpitts Oszillator

    Alex @ AEQ-WEB

    Der Colpitts-Oszillator basiert wie auch der Meißner-Oszillator auf einem LC-Schwingkreis. Dieser Oszillator ist besonders beliebt, weil er einfach zum Nachbauen ist und recht sicher anschwingt. Außerdem benötigt dieser Oszillator im Gegensatz zum Meißner Oszillator keine zweite Spule zur Rückkopplung an den Verstärker. Nachteil ist hingegen die schwierige Abstimmung vom Schwingkreis, da aufgrund der Reihenschaltung von zwei Kondensatoren diese auf der kapazitiven Seite (mit Ausnahme der Clapp-Schaltung) kaum möglich ist.

    Der LC-Schwingkreis

    Der LC-Parallelschwingkreis ist beim Colpitts-Oszillator etwas anders aufgebaut als wie beim Meißner-Oszillator. Er besteht immer aus mindestens zwei Kondensatoren, wo in der Mitte das Signal abgenommen wird. Die Schwingkreis-Frequenz kann auch hier über die Thomsonsche-Schwingungsgleichung berechnet werden. Beide Kondensatoren zusammen bilden eine kapazitive Dreipunktschaltung, der dritte Zugangspunkt befindet sich in der Mitte zwischen den beiden Kondensatoren (Punkt B). Schließt man in der Mitte beider Kondensatoren die Masse vom Oszilloskop an, so kann man zwischen Punkt A und Punkt C eine Phasenverschiebung von jeweils 180 Grad messen. Punkt A ist also gegenphasig zu Punkt C. Die in Punkt B entstehende Wechselspannung ist somit von der Betriebsspannung entkoppelt und kann direkt an den Emitter vom Transistor weitergeben werden. Bei der Dimensionierung der Kapazitäten sollte C2 deutlich kleiner als C1 sein. Im Idealfall liegt das Verhältnis von C1:C2 bei 10:1 bis 10:3 vor. Folgende Grafik zeigt den LC-Schwingkreis dimensioniert für eine Mittelwellenfrequenz sowie einen Screenshot vom Oszilloskop mit einer Messung zwischen den Punkten A und C:

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    Die „Wunschfrequenz“ für den Oszillator liegt bei 1,2 MHz. Für L1 wurde eine Induktivität von 10 µH gewählt. Durch eine Umstellung der thomsonschen Schwingungsformel von F nach C wurde eine Gesamtkapazität von 1,76 nF errechnet. In einer Reihenschaltung von zwei Kondensatoren ist die Gesamtkapazität kleiner als die kleinste einzelne Kapazität eines Kondensators. Die nächste verfügbare Größe nach oben liegt bei 2,2 nF. Mit einem Verhältnis zwischen 1:10 und 3:10 liegt die passende Größe von C1 bei 10 nF. Die rechnerische Gesamtkapazität liegt dann bei 1,803 nF. Die Frequenz sollte rechnerisch 1,19 MHz betragen. Da in der Praxis alle Bauteile eine Toleranz aufweisen und meistens etwas unter der Herstellerangabe liegen, ist mit einer Abweichung nach oben zu rechnen. Grund dafür ist, dass sowohl eine Verkleinerung der Induktivität als auch der Kapazität zu einer höheren Frequenz beim LC-Parallelschwingkreis führen. Folgende Berechnungen wurden durchgeführt:

    Dieser Colpitts-Oszillator wurde für eine Betriebsspannung von etwa 9 Volt dimensioniert:

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    Eine weitere wichtige Aufgabe hat der Kondensator C3. Über diesen Kondensator wird das Hochfrequenz-Signal an Masse gelegt und damit zugleich auch eine Rückwirkung auf den Eingang verhindert. Die Kapazität von C3 sollte zumindest mehr als ein Nanofarad betragen. Der Widerstand R3 trägt zur Arbeitspunktstabilisierung des Transistors bei (Stromgegenkopplung). Ersetzt man R3 durch ein Potentiometer von etwa 2 Kiloohm, so kann man die Amplitude etwas einstellen. Ist die Amplitude von der Rückkopplung so hoch, dass es zur Übersteuerung kommt, kann man auch einen Widerstand in die Rückkopplungsleitung einbauen. Verursacht wird eine Übersteuerung meistens durch ein schlechtes Verhältnis von C1:C2. Die übrigen Widerstände (R1,R2) bilden den Basisspannungsteiler. Optional kann ein Kondensator zwischen +9V und GND zur Stabilisierung eingebaut werden.

    Dieser Oszillator ist in Basisschaltung aufgebaut. Dadurch ist die Schaltung recht einfach aufzubauen und es wird keine Phasendrehung oder eine Drosselspule zur Entkopplung benötigt. Folgender Screenshot zeigt das endgültige Ausgangssignal vom Oszillator:

    Aufbau im Gehäuse

    Die Schaltung wurde in einem Metallgehäuse verbaut. Dadurch kommt die HF-Energie fast ausschließlich über den SMA-Anschluss aus der Schaltung, was bei einigen weiteren Experiment Vorteile bringt. Darüber hinaus ist die Schaltung gut geschützt und besitzt eine gute Masseverbindung.

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    Über den Autor

    Alex, der Gründer von AEQ-WEB. Seit über 10 Jahren beschäftigt er sich mit Computern und elektronischen Bauteilen aller Art. Neben den Hardware-Projekten entwickelt er auch Webseiten, Apps und Software für Computer.

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