NF-Signalgeneratoren

Generator (lat.) heißt Erzeuger.
Oscillum (lat.) heißt Schaukel (gemeint ist das physikalische Pendel).

Ein Signal ist eine reale zeitlich veränderliche wahrnehmbare Größe, die eine symbolische Information enthält. Eine plötzlich gehißte Flagge kann ein Signal sein, eine schaltende Ampel, eine Glocke, Duftstoffe in der Biologie oder eben eine bestimmte elektrische Kurvenform auf einer Leitung.

In der Elektronik geht es bei Signalen im wesentlichen immer um Spannungskurven, die in elektronische Schaltungen verarbeitet werden. Bestimmte Bauteile, sogenannte Signalwandler können diese aber in optische, akustische, mechanische, magnetische oder elektromagnetische Signale umwandeln. So wird aus einem Signalgenerator ein Blinker, ein Tongenerator oder ein irgendein Sender. Die Signalverarbeitung in Empfängern ist hingegen ein Thema für ein anderes Kapitel.

   Ein Signalgenerator ist eine Schaltung oder ein Gerät das mit Hilfe der Betriebsspannung
   aus sich selbst heraus eine Wechselspannung oder pulsierende Gleichspannung erzeugt.

Ein Oszillator ist auch eine Art Generator. Generator ist der allgemeine Oberbegriff. Von einem Oszillator spricht man eigentlich nur, wenn der Rückkopplungsfilter eine Phasenverzögerung von 0° oder 180° erreicht. Das ist bei einem Schwingkreis, bei einem Dreifach-Phasenschieber oder einer Wienbrücke gegeben. Das Ergebnis ist ein sinusförmiger Kurvenverlauf. Ein einfacher Hoch- oder Tiefpaß erreicht nur 90° und bedingt Schalterbetrieb. Oszillatoren erzeugen dagegen grundsätzlich irgendwo Sinussignale. Ein Oszillator wird im Prinzip kontinuierlich über die gesamte Periode mitgekoppelt.


Rechteckgenerator
Ein Rechteckgenerator (REG) ist ein rückgekoppelter Verstärker mit phasenmäßig voreilender Mitkopplung bzw. nacheilender Gegenkopplung oder beides. Phasenmäßig voreilende Spannungen werden dabei von Hochpässen erzeugt, nacheilende von Tiefpässen. REG braucht man als Tongenerator, Blinker, Intervallschalter, zur Energiedrosselung in Strom- und Spannungswandlern bzw. Wechselrichtern und vieles mehr.

Die Rechteckschwingung kennt theoretisch nur die Zustände "Ein" und "Aus". Jene ist  gekennzeichnet durch den Tastgrad (theoretisch 0...1), die Frequenz und die Flankensteilheit. Bei Bedarf kann man den Tastgrad einstellbar machen. Bei mittlerer Einstellung ist t=0,5 typisch. Mit NF-Transistoren lassen sich brauchbare Rechteckschwingungen von 1mHz bis 100kHz erzeugen. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Typen von REG, nämlich solche mit komplementären (z.B. NPN+PNP) oder gleichartigen Transistoren.

Die mathematische Entwicklung einer Rechteckschwingung, genannt Fouriersynthese, erzeugt Umschaltspitzen. Diese gehen auch nicht durch beliebig viele Terme der Gleichung weg, sondern sie verschwinden in der Natur erst durch einen Tiefpaß, welcher sich bei Rechteckgeneratoren sowieso durch die endliche Übertragungsbandbreite ergibt.

Häufig werden REG auch mit CMOS-Gattern, mit denen sehr hohe Frequenzen erreicht werden können, oder dem sehr populären Timer-IC 555 gebaut. Ein diskreter Aufbau bietet aber großen Entwicklungsspielraum für Betriebsspannung, Ausgangsstrom und Energieverbrauch. 

Nadelgenerator
Ein Nadelgenerator (NAG) ist eine Art Rechteckgenerator der Schaltimpulse mit besonders geringem Tastgrad, sprich "Nadeln" erzeugt. Nadelgeneratoren sind hinsichtlich der Umladung ihrer frequenzbestimmenden Bauteile unsymmetrisch aufgebaut. Ein Tastgrad von 0,5 ist im Prinzip schon ein Grenzfall. Ein Nadelsignal ist nicht unbedingt rechteckig; es kann schon durch die Art der Schaltung verformt sein oder durch Erreichen der Transistorgrenzdaten. Ein NAG benötigt wenigstens zwei Transistoren. Ein Tastgrad von 10e-3 oder weniger gelingt ohne weiteres mit Universal-NF-Transistoren. NAG können einerseits sehr stromsparend sein und andererseits kurze starke Stromimpulse erzeugen. Anwendungsgebiete sind Tongeneratoren, Signalblitzer, Zündgeber, Peilsender, Infrarotsender, Trigger und sonstige Takterzeuger.

Sinusgeneratoren, Sinusoszillatoren
Das eigentliche Problem beim Sinusoszillator (SINO), auch Sinusgenerator (SING) genannt, ist die Amplitudenregelung. Ein analoger Sinusgenerator darf amplitudenmäßig nicht in Begrenzung gehen, weil sonst die Sinuskurve verzerrt. Die Signalamplitude muß also in der Schwebe gehalten werden. Um die Amplitude eines Signals linear zu regeln, benötigt man im Prinzip einen veränderlichen Widerstand - entweder direkt als Dämpfung oder, um die Verstärkung zu beeinflussen. Die klassische Lösung dafür ist eine kleine Glühbirne im Glimmbetrieb, die als Kaltleiter im Gegenkopplungszweig funktioniert. Man kann auch mit LED und Fotowiderstand experimentieren. Gerne werden auch FETs verwendet, die sich bei kleinen Spannungen wie steuerbare Widerstände verhalten. Annähernd quadratische Kennlinien von Halbleitern eignen sich am besten dazu, die Verstärkung zu regeln. Ein anderer Weg ist, das Problem zu lösen, indem man es nicht löst: Man erzeugt ein Dreiecksignal und filtert die Oberwellen weg.

Rauschgeneratoren
Selbstredend.
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Kurvenformgeneratoren
Diese erzeugen z.B. trepenförmige Signale oder weiß der Kuckuk was.





 02fb26; 22.12.2024 ; 17.12.2019