Meißner Schaltung Rückkoppelung

der Transistor wird nicht ein/ausgeschaltet, der Transistor ist hier in einer stromgegengekoppelten Emitterschaltung, es fliesst also immer ein Ruhestrom.

Dass ein Oszillator beim Einschalten von selbst zu schwingen beginnt, wird in der Regel durch die verschiedenen Sorten von Rauschen in der Schaltung bewirkt.

wie du richtig bemerkst, ist U1 zu U2 um 180° verschoben, was auch so sein muss, denn, wie du selbst sagst, ist das Signal in einer Emitterschaltung ebenfalls um 180° verschoben, somit muss zur Mitkopplung eben ein um 180° versetztes Signal eingespeist werden.

Moin

ich verweise jetzt mal auf ne andere Seite und spare es mir, das selbst en detail zu erläutern. Ich denke, es ist dort recht gut erklärt

Fedifinder

Hallo Christian,

die Frage , wann dem Schwingkreis wieder Energie zugeführt wird, muss mit " ständig " beantwortet werden . Ich empfehle dir vom ein/aus Denken Abstand zu nehmen.

Der Transistor " rauscht " ständig , so dass dem Schwingkreis auch ständig Leistung zugeführt wird , Leistung mit einem unendlichen Frequenzanteil . Der Schwingkreis

selektiert dieses Rauschen. Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz werden mehr oder weniger durch den Schwingkreiskondensator kurzgeschlossen , niedrigere

Frequenzen durch die Spule. Ein Teil des selektierten Rauschens wird der Basis des Transistors zugeführt, dieser verstärkt dieses Rauschen und gibt es wieder an

den Schwingkreis ab. Die Gesamtverstärkung in diesem Kreislauf muss immer größer 1 sein , sonst kommt es zu keinem Schwingen. Dieses kurz vor dem Schwingungs-

Einsatz kann man zum Beispiel bei einem " Audion " anwenden, um dort die Bandbreite des Empfangssignals einzuengen.

Wichtig für das Verstehen sind die vom Pascal angeführten Grundlagen zur Signalrückkopplung.

73 de

Hallo Christian

Irgendwie hast Du noch ein "Denkloch" oder sowas. Was soll in deiner Skizze an U-C2 und U-2 unterschiedlich sein?? Oder verstehe ich Deine Skizze falsch ??

C2 und L2 sind elektrisch galvanisch absolut starr miteinander verbunden. Mach doch mal das Gedankenspiel: zunächst alles NULL.....dann entseht - durch Rauschanteile wie von Pascal und Manfred angemerkt - eine ganz kleine Spannung am Schwingkreis C2-L2 wie der Pfeil U2 ausdrückt: der Kollektor wird ein klein wenig positiver. Was passiert -> diese positivere Spannung induziert eine exakt 180° phasenverschobene Spannung in L1 - also genau wie dort der Pfeil anzeigt. Die "Punkt-Seite" von L1 wird also ein klein wenig negativer und koppelt dieses "ein klein wenig negativer" über C1 an die Basis des Transistors Q.

Was macht ein npn-Transistor wenn seine Basis vom Arbeitspunkt ein wenig Richtung negativer verschoben wird -> er "sperrt ein klein wenig mehr -> sein Kollektor-Anschluss verschiebt sich dadurch ein klein wenig Richtung positiv (plus) - also die durch Rauschen ausgelöste Verschiebung in gezeichneter U2-Richtung (positiv) wird noch etwas mehr genau in diese Richtung weitergeschoben - aha, da haben wir sie ja, die MITKOPPLUNG. Der erste "Anstoß" an den Schwingkreis. Wie eine Schaukel, die einen kleinen Schubs bekommen hat schwingt der Schwingkreis dann zurück und quasi "auf die andere Seite". Und bei dieser zweiten Halbwelle sind die Spannungen entgegengesetzt der gezeichneten Pfeile -> der Kollektor wird also etwas negativer -> der "Punkt" an L1 dadurch etwas positiver -> gekoppelt über C1 verschiebt sich die Basis-Emitter-Spannung auch ein wenig in Richtung positiver. Und eine positivere Basis-Emitter-Spannung macht einen npn-Transistor "weiter auf" -> weniger Sperrzustand -> er leitet mehr und sein Kollektor wird dadurch mehr in Richtung Emitter/Masse, also negativer verschoben. Negativ am Kollektor-Anschluss des Schwingkreises wird also durch den Transistor in noch mehr negativer angestoßen -> also auch "auf der Seite" haben wir sie wieder, die Mitkopplung. Die Transistorschaltung schiebt also ein kleine Auslenkung wie bei einer Schaukel immer wieder in die gleiche Richtung weiter - der Schwingkreis wird immer mehr dahin angestoßen wo er sowieso gerade hin will - und da schaukelt er sich immer mehr auf bis er mit der durch Schaltung und Versorgungsspannung vorgegebenen maximalen Amplitude schwingt.

Also um bei deiner unvollständigen Skizze zu bleiben - so wie ich sie verstehe: U2(t) exakt so wie die vorgegebene UC2(t) - sind ja die gleichen Spannungen - und U1(t) ist vom Betrag identisch, von der Polarität an der 0-Achse gespiegelt, das heißt alles Positive mit gleichem Wert negativ und alles Negative mit dem gleichen Wert positiv => und nichts anderes heißt eine 180°-Phasenverschiebung.....

Eigentlich ein Musterbeispiel um eine Oszillator-Schaltung zu verstehen.

Edit: Rechtschreibung

Hallo Christian,

Zitat von DK6PC

Ich versuche mir klar zu machen, wann dem Schwingkreis wieder Energie durch die Meißnerschaltung hinzugefügt wird.

auch die Frage kann beantwortet werden, wenn auch nicht digital (kein Ein / Aus).

Ein ansteigender Strom durch den Transistor führt im Resonanzfall zum ansteigenden Strom durch L und "lädt" L mehr auf. Das wäre bei der Schaukel die Phase des Schiebens. Nimmt der Strom durch den Transistor ab, schwingt der Schwingkreis "allein" zurück, die Schaukel kommt von sich aus zurück. Falls Du mit Schaltungssimulationsprogrammen hantierst (z. B. LTspice), dann simuliere doch den Oszillator und schau Dir Spannungen und Ströme an.

Wie der Vorgang anfängt, ist oben annähernd beschrieben. Meines Wissens wirkt hier eher nicht Rauschen als Start der Schwingung sondern der Einschaltvorgang (Einschaltspannungs"sprung"). Wäre es das Rauschen, dürfte der Oszillator bei der Schaltungssimulation nur anschwingen, wenn auch das Rauschen mit simuliert würde. Er schwingt aber auch ohne Rauschsimulation an.

Wenn man simuliert oder bastelt wird man merken, dass der Meissneroszillator mit Bipolartransistoren kein "sauberes" Signal liefert. Der Transistor arbeitet halt nicht im schönen linearen Betrieb sondern wird schon teilweise fast wie ein Schalter betrieben. Das nur zur Abrundung.

73, Ludwig

Moin,

Quelle der Schaltung: https://de.wikipedia.org/wiki/Mei%C3%9Fner-Schaltung

Ergänzende Beiträge:

Hallo Chris,

Zitat von DK6PC

zuerst muss muss der Schwingkreis kurz an die Gleichspannung geschaltet werden

nein, jedenfalls nicht explizit. LTspice schaltet zum Zeitpunkt 0 die 12 V ein, das reicht.

Nun ist Deine Schaltung etwas "speziell" dimensioniert. Damit stellst Du LTspice in der Grundeinstellung ein Bein und siehst keine Schwingung.

Mach mal folgendes:

Im Fenster "Simulation - Edit simulation cmd" stellst Du folgende Werte ein:

Stop time: 2E-3

Time to start saving data: 0

Maximum timestep: 1E-6

Dann simulierst Du und Du solltest ab ca. 1,7 ms eine Schwingung sehen.

Warum funktioniert es ohne den Eintrag für Max timestep nicht?

LTspice versucht, die Simulationszeit und eventuell den Speicherbedarf für Daten zu optimieren. Dazu wird für den jeweils nächsten Zeitschritt ein Wert gesucht, nach dem sich die simulierten Daten um einen bestimmten Mindestwert geändert haben. Bei Deiner Dimensionierung ändern sich die dynamischen Werte anfangs fast gar nicht, LTspice wählt einen großen Zeitschritt. Durch dessen Größe werden die geringen aber wichtigen Änderungen nicht beachtet und es kann sich keine Schwingung aufbauen.

Das passiert nach meiner Erfahrung sehr, sehr selten und liegt hier an der "speziellen" Dimensionierung.

Versuche nun mal folgendes:

Lösche den Wert für Maximum timestep (bedeutet automatische Ermittlung).

Überbrücke R1 mit C = 10 nF und simuliere.

Jetzt sollte es auch im "automatischen Betrieb" funktionieren, aber warum?

Der nicht kapazitiv überbrückte Emitterwiderstand wirkt als Gegenkopplung, also entgegen zu der für die Schwingung wichtigen Mitkopplung. Das bremst erst einmal die Stärke der Änderung von Spannung und Strom und reicht wohl aus, LTspice in die Irre zu führen. Das C zu R1 beseitigt die Gegenkopplung für höhere Frequenzen und belässt die für Gleichstrom, also für die Arbeitspunkteinstellung. Jetzt sind die Änderungen von Strom und Spannung anfangs etwas größer und LTspice wählt einen kleineren nächsten Zeitschritt.

Wenn Du fragst, wo man das nachlesen kann, muss ich passen. Das sind Erfahrungen, die ich im Laufe der Zeit gesammelt habe und meiner Erklärungen aus dieser Erfahrung.

73, Ludwig

Hallo Christian,

na prima. Du kannst ja mal den Anfangsbereich zoomen und Dir ansehen, wie sich die Schwingung aufbaut. Falls die Auflösung nicht hoch genug ist, dann lass die Simulation nur 0.1 ms oder 0.2 ms laufen. Dann ist die Skalierung in y-Richtung anders und es ist mehr zu sehen.

Für die Schwingfrequenz von rund 500 kHz würde man praktisch (meist) ein deutlich höheres L und geringeres C nehmen. Sieh Dir mit einer solchen LC-Kombination (z. B. 30 µH und 3 nF) den "Sinus" am Ausgang an.

Einen Hinweis zum Grund für den Unterschied bringt die Darstellung des Stroms im Schwingkreis relativ zum Kollektorstrom. Sicher findest Du die Analogie zur angeschobenen Schaukel. Interessant finde ich auch den Verlauf des Kollektorstroms.

73, Ludwig

Hallo Christian,

ich hatte wohl ungenau formuliert. Interessant finde ich folgenden Vergleich zwischen der ursprünglichen LC-Dimensionierung und der "neuen": jeweils Amplitude des Stroms im Schwingkreis (I durch L bzw. C) im Vergleich zur Amplitude des Kollektorstroms und dann noch den Vergleich des Stroms im Schwingkreis bei den beiden Varianten.

In deinem Bild scheint die Ausgangsspannung negiert zu sein. Verwende mal versuchsweise die Spannung am Kollektor (U bezogen auf Masse). Dieser Verlauf sagt einiges aus.

73, Ludwig

Ha, aneinander vorbei geschrieben.

Ich dachte, du hattest die Spannung am Ausgang des Oszillators dargestellt, also nach C3. Darauf bezog sich der Hinweis, die Spannung direkt am Kollektor darzustellen. Dieser Verlauf liefert auch eine Aussage über die Aussteuerung des Transistors.

Deine lila Kurve (letztes Bild) zeigt die negierte Spannung gegen Masse vor C2. Schaust Du Dir die Spannung Basis - Emitter an (rote Kurve), siehst Du, wie der Transistor ausgesteuert wird. Die rote Kurve finde ich interessanter als die violette.

Zu Deiner Frage wegen der Vorzeichen:

1. Spannungen:

1.1 nur ein Punkt angetastet -> Spannung gegen Masse

1.2 von Punkt 1 gegen Punkt 2 gezogen -> U(P1) - U(P2) - aber - ist der zweite Punkt die Masse, wird wie bei 1.1 gearbeitet

2. Ströme:

2.1 entsprechend dem Pfeil an der gezeigten Stromzange

2.2 falls andere Richtung benötigt wird, Bauelement "anfassen" und 2 mal 90° drehen (Ctrl R)

Außerdem kann im Kurvendiagramm auch gerechnet werden (rechter Mausklick auf Kurven"namen" oben im Diagramm -> Fenster öffnet sich; im Feld mit Kurvenvariabler kann Formel eingetragen werden, z. B. negatives Vorzeichen vor der Formel oder etwas wie U(...)*I(R1) oder U(...)/I(...) usw.) Passend dazu ändert sich, wenn sinnvoll, auch die Skalierung an der jeweiligen Kurve, im vorletzten Beispiel zu "W" und im letzten zum Symbol für Ohm. Das finde ich raffiniert!

73, Ludwig

Zitat von DK6PC

Warum musste ich dann beim Meissner negieren, um die 180° Phasenverschiebung darzustellen

Negieren sollst du gar nichts, aber invertieren.

Am Kollektor des Transistors ist das Signal um 180° gegenüber der Basis in der Phase verschoben. Um die Schwingbedingung zu erfüllten, muss das Signal gleichphasig, also um 0° verschoben auf die Basis rückgekoppelt werden. Also muss der Trafo invertieren bzw. um -180° in der Phase drehen, um die geforderte gleichphasige Mitkopplung zu erreichen.

73

Günter