Oszillatoren kennt man vor allem aus der drahtlosen Kommunikationstechnik, insbesondere von einem Sender. Oszillatoren findet man aber auch in Empfängern, Uhren, Computern oder als Taktgeber für Mikrocontroller. Aufgabe eines Oszillators ist es, eine Schwingung auf einer bestimmten Frequenz zu erzeugen. Es gibt viele verschiedene Bauteile und Schaltungen, mit den man Oszillatoren realisieren kann. Der Meißner-Oszillator (benannt nach dem Erfinder Alexander Meißner) war einer von den ersten Oszillatoren, die mithilfe einer Röhre ungedämpfte Schwingungen erzeugen konnten.

Zukünftig sind auf diesem Blog und am YouTube-Kanal einige Hochfrequenz-Projekte geplant, die auch für Einsteiger geeignet sein sollen. Gestartet wird daher mit diesem recht einfachen Oszillator, der in erster Linie nur zum allgemeinen Verständnis dient und leicht nachgebaut werden kann.

Aufbau eines Oszillators

Um ungedämpfte Schwingungen erzeugen zu können, sind zwei Sachen wesentlich: Ausreichende Verstärkung und eine entsprechende Rückkopplung.

Jeder kennt die klassische Rückkopplung zwischen Lautsprecher und Mikrofon. Hält man ein Mikrofon nahe an einen Lautsprecher, so entsteht eine Schwingung, die als unangenehmer hoher Ton wahrgenommen wird. Durch den Verstärker wird diese Schwingung immer wieder verstärkt, es kommt zur Rückkopplung. Beim Meißner-Oszillator befindet sich eine zweite Spule auf dem Ferritstab, welche die Schwingung an den Transistor weitergibt. Dadurch wird der LC-Schwingkreis zum richtigen Zeitpunkt wieder verstärkt, sodass er unendlich lange weiter schwingt.

Meißner Oszillator

Der Meißner Oszillator war einer von den ersten vernünftigen Oszillatoren, mit denen man auch höhere Frequenzen erzeugen konnte. Als Verstärker wurde früher eine Röhre verwendet, heute übernimmt diese Aufgabe ein Transistor. Über die zweite Spule, welche sich ebenfalls am Ferritstab befindet, wird eine kleine Spannung erzeugt, die den Transistor zum richtigen Zeitpunkt leitfähig macht und dadurch den Schwingkreis wieder Energie zuführt. Über einen Koppelkondensator direkt beim LC-Schwingkreis wird die Wechselspannung dann zum Beispiel an einen Modulator oder Verstärker weitergegeben. Folgender Schaltplan stellt einen einfachen Meißner-Oszillator für etwa 9 Volt Betriebsspannung dar:

LC-Schwingkreis

Der LC-Schwingkreis besteht aus einem Kondensator und einer Spule. Die Spule besteht aus einem Ferritstab mit 10 mm Durchmesser und einem isolierten Kupferlackdraht (0,63 mm). Die Windungszahl auf der Schwingkreisseite beträgt 28, was laut Bauteiltester eine Induktivität von 0,06 mH ergibt. Als Kondensator wurde ein Keramikkondensator mit einer Kapazität von 470pF verwendet. Mit der Thomsonschen Schwingungsgleichung wurde die Frequenz vom Schwingkreis auf 947,8 kHz errechnet. Erhöht man die Kapazität vom Kondensator, sinkt die Frequenz. Umgekehrt führt eine niedrigere Kapazität zu einer höheren Frequenz. Gleiches gilt auch für die Induktivität der Spule. Weitere Informationen über den LC-Schwingkreis und dessen Berechnung gibt es in diesem Artikel.

Koppelspule L1/L2

Auf dem Ferritstab wird eine weitere Spule mit etwa 14 Windungen gewickelt, was der Hälfte von L1 entspricht. Wichtig dabei sind im Schaltplan die zwei diagonalen Punkte neben den Induktivitäten, diese kennzeichnen die Polaritäten. Durch diese Anordnung der Wicklungen entsteht eine Phasendrehung von 180 Grad. Dies ist notwendig, da der Transistor die Phase um weitere 180 Grad dreht und somit wieder ausgleicht. Falls der Oszillator nicht anschwingt, könnte eine falsche Phasendrehung die Ursache sein. In diesem Fall muss L2 einfach umgepolt werden.

Transistor Q1

Der Transistor besitzt einen Basisvorwiderstand von 200 Kiloohm. Über den Koppelkondensator C2 wird die in L2 erzeugte Wechselspannung auf die Basis weitergegeben. Auf der Basis liegt somit eine Wechselspannung mit DC-Offset an. Auf der Spitze von der positiven Halbwelle leitet der Transistor maximal, was einer stärkeren Masseverbindung zu folge hat. Auf der Spitze von der negativen Halbwelle leitet der Transistor schlechter, was einer stärkeren Masseverbindung entspricht. Dadurch entsteht im Transistor die bereits erwähnte Phasendrehung von 180 Grad, was dadurch die Phasendrehung von L2 wieder ausgleicht. Der LC-Schwingkreis bekommt somit im richtigen Zeitpunkt wieder neue Energie.

Über den Koppelkondensator C3 kann die erzeugte Wechselspannung abgenommen werden und einem weiteren Schaltungssegment wie einem Verstärker oder Modulator zugeführt werden.

Screenshot vom Oszilloskop an der Schaltung:

Folgender Screenshot zeigt den Oszillator direkt nach dem Einschalten bzw. Anschwingen: