Sinusoszillatoren

Zusammenfassung

Eine elementare Schaltung zur Schwingungserzeugung zeigt Abb. 13.1a. Sie besteht aus einer dreigliedrigen RC-Kette, einem Spannungsfolger (OP1) und einem nachgeschalteten invertierenden Verstärker (OP2), dessen Ausgang auf den Eingang der RC-Kette rückgekoppelt wird. Trennt man diese „Ringschaltung“ an der gestrichelten Stelle auf, so erhält man für den offenen Ring die „Schleifenverstärkung“:

$$\displaystyle\underline{\mathrm{V}}_{\mathrm{s}}=\frac{\underline{\mathrm{U}}_{2}}{\underline{\mathrm{U}}_{1}}=\underline{\mathrm{A}}_{\mathrm{u}}\cdot 1\cdot(-\mathrm{R}_{\mathrm{f}}/\mathrm{R}_{\mathrm{N}})$$

und speziell

$$\displaystyle\underline{\mathrm{V}}_{\mathrm{s}}=-\frac{1}{29}\cdot 1\cdot(-\mathrm{R}_{\mathrm{f}}/\mathrm{R}_{\mathrm{N}})\text{ f{\"u}r }{\Upomega}=\frac{1}{\sqrt{6}}\text{ bzw. }{\upomega}=\frac{1}{\sqrt{6}\mathrm{RC}}.$$

Offenbar wird bei dieser speziellen Kreis-Frequenz die Schleifenverstärkung V _s = 1, wenn R_f = 29 ⋅ R_N wird. Ein Testsignal am Eingang kommt also amplituden- und phasengleich wieder an die Trennstelle zurück. Schließt man diese, so ist eine Schwingung mit der Frequenz f_s möglich aufgrund der dann bestehenden „Mitkopplung“. Bei V_s > 1 (R_f > 29R_N) tritt eine Schwingungsanfachung (Selbsterregung) aus dem Rauschen heraus auf, bis eine Amplitudenbegrenzung durch die Sättigung der OPs eintritt, wobei eine gewisse Schwingungsverzerrung unvermeidlich ist. Diese wird umso stärker, je größer die Schleifenverstärkung des offenen Kreises ist.