Colpitts-Schaltung

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Die Colpitts-Schaltung, auch Colpitts-Oszillator genannt, ist eine elektronische Schaltung zur Erzeugung einer periodischen Wechselspannung (Sinusschwingung). Die Oszillationsfrequenz lässt sich durch die Dimensionierung der Bauteile bestimmen. Die Colpitts-Schaltung zeichnet sich durch ihre große Unempfindlichkeit in der Dimensionierung und die Zuverlässigkeit im Betrieb aus.
Es gibt verschiedene Variationen der Colpitts-Schaltung, zum Beispiel die Clapp-, die Seiler- und die Vackář-Schaltung.

Colpitts-Oszillator Patent

Geschichte[Bearbeiten]

Der Colpitts-Oszillator wurde von Edwin H. Colpitts 1918 zum Patent angemeldet.[1] Als Verstärker wurde eine Elektronenröhre (Triode) in Anodenbasisschaltung verwendet. 7 ist Kathode, 9 ist Gitter und 8 ist Anode der Röhre. Der Schwingkreis besteht aus den Drehkondensatoren 13, 16 und der Primärwicklung 20 des Übertragers 22. Die Betriebsspannung der Batterie 11 wird über die HF-Drossel 12 zugeführt, die verhindert, dass die Hochfrequenzspannung kurzgeschlossen wird. (Die Verbindungen 23 und 24 werden in der Beschreibung von Varianten benötigt). An der Wicklung 23 wird die erzeugte Schwingung abgenommen.

Anodenbasisschaltung: Frequenzbestimmendes Netzwerk

Das frequenzbestimmende Netzwerk besteht aus einem RC-Glied (ra-C13) und einem Reihenschwingkreis (C16-L20). ra ist der nicht sichtbare, differentielle Ausgangswiderstand der Anodenbasisschaltung (ca. 300 Ohm). C13 wird so dimensioniert, dass die Grenzfrequenz des RC-Glieds wesentlich kleiner als die Oszillatorfrequenz ist.

Transistorschaltung[Bearbeiten]

Colpitts-Oszillator mit FET
Gateschaltung: Frequenzbestimmendes Netzwerk
Praktische Seiler-Schaltung (VFO) für Kurzwellenempfänger (mit SSB/CW) mit einer hoch liegenden ersten ZF von 40 MHz. Dieser VFO ist mit einem rauscharmen JFET aufgebaut, besitzt einen AFC-Eingang und einen nachfolgenden Verstärker mit einem 50Ω-Ausgang (50Ω-Technik).

Der Schwingkreis in der Colpitts-Oszillatorschaltung besteht aus den beiden Kondensatoren C1, C2 und der Induktivität L1. Der Verstärker Q1 arbeitet in Gate-Schaltung und dreht die Phase zwischen Eingang und Ausgang um 0°. Die Hochfrequenzspannung am Drain (Ausgang) wird durch den kapazitiven Spannungsteiler C1, C2 geteilt und am Source (Eingang) eingespeist. Für die Aufrechterhaltung der Schwingung ist eine Verstärkung von mindestens 1 nötig. Für ein sauberes Ausgangssignal ohne Harmonische sollte die Verstärkung nur so groß sein, dass der Oszillator sicher anschwingt. Mit C3 wird das Ausgangssignal des Oszillators ausgekoppelt.

Das frequenzbestimmende Netzwerk besteht hier aus einem Parallelschwingkreis (L1-C1-C2), der über den nicht sichtbaren, differentiellen Ausgangswiderstand ra der Gate-Schaltung gespeist wird. Man erkennt den Schwingkreis, wenn man bedenkt, dass die Gleichspannungsquelle BAT für Wechselspannungen einen Kurzschluss darstellt und somit das obere Ende der Spule wechselspannungsmäßig an Masse liegt (in der Praxis wird die Batterie zusätzlich mit einem Kondensator überbrückt). Der nicht sichtbare, differentielle Eingangswiderstand re der Gate-Schaltung belastet den Schwingkreis. Da dieser kleine Widerstand wegen des kapazitiven Spannungsteilers nur an einer Teilspannung der Schwingkreisspannung liegt, ist die Dämpfung wesentlich kleiner.

Abstimmung[Bearbeiten]

Für einen Abstimmoszillator im Superhet-Empfänger ist der Colpitts-Oszillator gut geeignet, wenn die Induktivität variiert wird (Variometer-Abstimmung). Er ist weniger geeignet, wenn C1 oder C2 als Abstimmkondensator verwendet werden, weil dadurch das Teilerverhältnis und somit die Kreisverstärkung verändert wird bzw. der Abstimmbereich durch den anderen Kondensator eingeschränkt ist. Man kann allerdings C1 und C2 wesentlich kleiner als notwendig machen und den Abstimmkondensator parallel dazu schalten. Alternativen für kapazitive Abstimmung sind die Hartley-Schaltung oder die Clapp-Schaltung.

Frequenz der erzeugten Schwingung[Bearbeiten]

Die erzeugte Frequenz wird durch die Induktivität der Spule und die Reihenschaltung der Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 bestimmt (Thomsonsche Resonanzformel):


f_\mathrm{res} = {1 \over 2 \pi \sqrt {L_1 \cdot \left ({ C_1 \cdot C_2 \over C_1 + C_2 }\right ) }}

Die Zusatzkapazitäten der restlichen Bauelemente verringern diese berechnete Frequenz.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Patentzeichnung CA 203986, Patent US1624537: Oscillation Generator. Erfinder: E. H. Colpitts.