Kapitel 5: Frequenzstabilisierte Oszillatoren Amplitudenmoduliert
Oszillatoren, welche über ein frequenzstabilisierendes Element - wie einen
Resonator oder ein Quarz verfügen haben kaum Probleme mit Frequenzänderung
durch Spannungs und Temperaturänderung. Dies wurde in den Experimenten in
Kapitel 3 und 4 dargestellt. Würde man so einen Oszillator modulieren,
würden sich die
parasitären Kapazitäten im Transistor also nur extrem gering auf die Frequenz
des Oszillators auswirken. Diesen frequenzstabilisierenden Effekt eines
Resonators - oder eines Quarzes macht man sich zunutze, wenn es darum
geht einen möglichst einfachen Sender zu bauen, der dennoch eine einigermaßen
brauchbare Amplitudenmodulation ermöglicht. Durch ändern der Werte der
Bauteile kann so ein Oszillator bereits zum miniatur Sender mit ein paar
mW Ausgangsleistung werden. Ein gutes Beispiel für so eine Schaltung sind
Kinder Walkie Talkies.
Kinder Walkie Talkies mit sehr einfacher Sende und Empfängerschaltung
Die auf dem Foto gezeigten Walkie Talkies nutzen den selben Transistor, welcher
als Empfänger verschalten wird, auch als Sender. Er wird dann zum
Quarzoszillator mit einer Frequenz von 27,145Mhz. Durch auslegung der
Bauelemente beträgt die so generierte Sendeleistung bis zu 10mW (Gesetzliche
Vorgaben, Maximalleistung für SRD Anwendungen auf 27Mhz). Obwohl der
Sender hier nur ein Oszillator ist, kann man solche Walkie Talkies bei freier
Sicht mit einem empfindlichen Empfänger durchaus ein paar hundert Meter weit
empfangen.
Kapitel 5.1: Resonator Oszillator mit Amplitudenmodulation
Erklärung
Durch das Einfügen von NF in Reihe zur Stromversorgung kann der Oszillator,
wie schon die Schaltungen vorher mit Colpitts Oszillator - in seiner
Ausgangsleistung (=Amplitude) moduliert werden. Im Kapitel 3.1 Resonator
Oszillator haben wir bereits gelernt, das der Resonator Oszillator kaum auf
äußere Einflüsse wie Spannungs oder Temperaturänderung reagiert. Die Frequenz
bleibt weitestgehend stabiel. Moduliert man nun den Oszillator mit einer NF
Wechselspannung, entsteht zwar wieder der parasitäre Kapazitätsdioden
Effekt, jedoch hat dieser aufgrund der vorgegebenen Frequenz durch den Resonator
keinen nennenswerten Einfluss auf die tatsächliche Schwingfrequenz der
Schaltung. Dadurch ist der Anteil an Frequenzmodulation vernachlässigbar gering.
Aufbau
Den Aufbauplan für diesen Versuch findet Ihr
hier
Inbetriebnahme
Justiert euren Radio auf die Frequenz des Resonators, wie in Kapitel
3.2 erklärt. Startet an eurer Tonquelle die Tonwiedergabe, und justiert eine
laute, jedoch unverzerrte Wiedergabelaustärke ein.
Experiment
Nachdem Ihr die Schaltung auf gute Tonwiedergabe justiert habt, unjustiert die
Frequenz am Radio, wie bei Versuch 4.1: Colpitts Oszillator mit
Frequenzmodulation. Ihr werdet feststellen, das dieser Oszillator eine sehr
gute Amplitudenmodulation liefert, und so wenig Frequenzmodulation, das diese
kaum störend auffällt.
Erkentniss
Der Resonator Oszillator kann einwandfrei Amplitudenmoduliert werden.
Kapitel 5.2: Quarzoszillator mit Amplitudenmodulation
Erklärung
Durch das Einfügen von NF in Reihe zur Stromversorgung kann der Oszillator,
wie schon die Schaltungen vorher mit Colpitts Oszillator - in seiner
Ausgangsleistung (=Amplitude) moduliert werden. In der Praxis findet man eher
Quarzoszillatoren in einfachst Sendeschaltungen - als Resonatoren. Diese hat
zum einen mit der Tatsache zu tun, das eine viel größere Frequenzvielfalt
aufgrund der verfügbaren Quarze möglich ist - zum anderen mit der Tatsache,
das der Quarz stabieler als ein Resonator schwingt, und so weniger unerwünschte
Frequenzmodulation entsteht.
Aufbau
Den Aufbauplan für diesen Versuch findet Ihr
hier
Inbetriebnahme
Justiert euren Radio auf die Frequenz des Quarzes, wie in Kapitel
3.2 erklärt. Startet an eurer Tonquelle die Tonwiedergabe, und justiert eine
laute, jedoch unverzerrte Wiedergabelaustärke ein.
Experiment
Nachdem Ihr die Schaltung auf gute Tonwiedergabe justiert habt, unjustiert die
Frequenz am Radio, wie bei Versuch 4.1: Colpitts Oszillator mit
Frequenzmodulation. Ihr werdet feststellen, das dieser Oszillator eine sehr
gute Amplitudenmodulation liefert, und so wenig Frequenzmodulation, das diese
kaum störend auffällt.
Erkentniss
Der Quarz Oszillator eignet sich hervorragend, um mit einem NF Signal
amplitudenmoduliert zu werden. Er ist nicht nur sehr frequenzstabiel, sondern
verfügt auch über so gut wie garkeine Frequenzmodultion.
Solch kleinst "Sender" wie wir jetzt gebaut haben, werden übrigens als
Modulatoren bezeichnet. Anders als ein Sender, welcher im Normalfall eine
möglichst große Reichweite besitzt, um größere Distanzen zu überwinden,
moduliert ein Modulator ledeglich ein NF Signal auf einen HF Träger. Die
Verbindung beträgt nur wenige Zemtimeter - oder - der Modulator ist direkt
mit dem Radio verbunden.
Zusammenfassung: Oszillatoren
Ein Oszillator ist eine elektronische Schaltung, welche eine Frequenz erzeugt.
Die Frequenz eines Oszillators kann man durch eine Spule und einen Kondensator
bestimmen und auch mit einem Widerstand - Kondensator. Bei den ersten Oszillatoren
spricht man von L-C Oszillatoren, bei zweiten von R-C Oszillatoren.
Oszillatoren mit justierbarer Frequenz nennt man freischwingende Oszillatoren
. Die Frequenz dieser Oszillatoren ändert sich jedoch auch (unerwünscht)
durch äußere Einflüsse wie Spannungs und Temperaturänderungen. Die bessere
Alternative bieten hier Resonator oder Quarzoszillatoren. Sie erzeugen eine
präzise Frequenz, die von den äußeren Einflüssen wie Spannungs und
Temperaturänderung kaum beeinflusst wird. Der Nachteil dieser Oszillatoren
ist jedoch die Tatsache, das die Frequenz fest an die des Resonators oder
Quarzes gebunden ist und nur äußerst geringfügig geändert werden kann.
Durch das hinzufügen einer NF Wechselspannung in z.B. den Emitterstromkreis
des Oszillatortransistors kann ein Oszillator Amplitudenmoduliert werden.
Während dies bei gesteuerten (Resonator / Quarz) Sendern gut möglich ist,
entsteht bei freischwingenden Sendern ohne aufwändiges Schaltungdsdesign
eine unerwünschte Frequenzmodulation.