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Der LC-Meißner-Oszillator

Meißner-Oszillator in Emitterschaltung

Welchen Wert berechnen?:

Induktivität L1:
Kondensator C1:
Resonanzfrequenz:

Der Meißner-Oszillator in Emittergrundschaltung wird im Frequenzbereich von einigen kHz bis zu etwa 30 MHz eingesetzt. Die Begrenzung der unteren Arbeitsfrequenz ist hauptsächlich durch die räumliche Größe der Induktivität und des ohmschen Wicklungswiderstandes von L1 begrenzt. Da die Induktivität L1 vom Gleichstrom des Kollektor-Emitterkreises von T1 durchflossen wird, ist ein Magnetkern mit Luftspalt erforderlich. Würde L1 einen geschlossenen Kern enthalten, so würde der Gleichstrom das Kernmaterial in die magnetische Sättigung bringen, und so jedes Schwingkreisverhalten verhindern. Die obere Arbeitsfrequenz wird durch parasitäre Kapazitäten begrenzt, die durch Wicklungs- und Aufbaukapazitäten entstehen.

Bei der Dimensionierung eines solchen Oszillators werden oft folgende Fehler gemacht:
In der Schaltung nach Bild 1 darf zur Arbeitspunktstabilisierung nur der Widerstand R3 benutzt werden. Dieser wirkt als Stromgegenkopplung. Verschiedentlich findet man eine Schaltung, in der der Basisspannungsteiler, hier gebildet durch R1 und R2, zusätzlich als Spannungsgegenkopplung aufgebaut ist. Dies ist nicht richtig! Der obere Widerstand des Basisspannungsteilers muss mit +Vb verbunden sein und nicht mit dem Kollektor des Transistors.
Desweiteren wird die Windungszahl von L2 zu hoch gewählt. Die dadurch entstehende hohe Sekundärspannung führt zur Übersteuerung des Transistors, sodass es innerhalb der Schaltung zu periodoschen Ausfällen kommt. Ein Verhalten, wie man es vom Sperrschwinger kennt ist die Folge. Als Richtwert sollte die Windungszahl von L2 maximal 20% von L1 sein. In vielen Fällen reichen schon 5%...10%.
Bei der Berechnung der Resonanzfrequenz mit obiger Eingabemaske wird man feststellen, dass die Frequenz ca. 1% größer ist als mit der Berechnung der Thomsonschen Schwingkreisformel.

Meissner-Oszillator, Multisim-Oszillogramm
Das in Bild 2 gezeigte Oszillogramm bezieht sich auf die Schaltung in Bild 1.
Der Spannungsverlauf am Kollektor des Transistors (Tp1, blau) ist mit seiner Amplitude von ca. 24 Vss doppelt so hoch wie die Höhe der Versorgungsspannung mit 12 Volt. Daraus ergibt sich die Forderung, dass die Kollektor-Emitter-Sperrspannung des Transistors mindestens 2 * Ub sein muss.
Der Spannungsverlauf an der Sekundärwicklung (Tp2, rot) ist ebenfalls dargestellt. Mit einer Amplitude von ca. 200 mVss ist sie ausreichend groß um, zusammen mit der Spannungs- verstärkung des Transistors, die Oszillation aufrecht zu erhalten.
Desweiteren ist an Tp2 ( rot) die 180° Phasendrehung zu erkennen, die aufgrund der gegensinnigen Anschlussweise der Sekundärwicklung zustande kommt.
Meissner-Oszillator in Emitterschaltung und Basisschaltung
Bild 3 und Bild 4 zeigen zwei weitere Varianten des Meißner-Oszillators:
Bild 3 zeigt ebenfalls den Transistor T1 in einer Emitterschaltung. Hier wird der Resonanzkreis aber nicht vom Kollektorstrom durchflossen, sondern er wird von der Kollektorspannung angeregt. Vorteilig kann hier sein, dass L1 und C1 sich auf Masse beziehen. Nachteilig ist, das im unteren Frequenzbereich, bei wenigen kHz, die Kondensatoren C5, C6 und C8 Werte von 1µF…10µF benötigen.

Bild 4 zeigt den Meißner-Oszillator mit Transistor T1 in Basisschaltung.
Die Wicklung L1 wird vom Kollektorstrom durchflossen und die Wicklung L2 wird vom Emitterstrom durchflossen. Die Signalamplitude am Kollektor von T1 ist auch hier 24 Vss, während die Amplitude am Emitter etwa 100 mVss beträgt.

Benötigt man eine saubere Sinusform als Ausgangssignal, so sollte man bei den Oszillatoren nach Bild 1 und Bild 4 eine dritte Wicklung zur Auskopplung vorsehen, da sich nur parallel zum Schwingkreis ein sauberer Sinus aufbaut.

Anwendungsgebiete des Meißner-Oszillators:

Diese Oszillatoren wurden in der Hochfrequenztechnik, in den Frequenzbereichen von Lang-, Mittel- und Kurzwelle, eingesetzt.
Aber auch in der Verkehrsleittechnik, wie z. B. zur Ampelsteuerung und zur Verkehrszählung, kam der Meißner-Oszillator zum Einsatz. Die, im Fahrbahnasphalt eingearbeiteten Draht-Induktionsschleifen, wurden vom Meißner-Oszillator mit einer Referenzfrequenz versorgt. Die Induktivitätsänderung der Drahtschleife durch Fahrzeuge konnt so sicher ausgewertet werden. Der Arbeitsfrequenzbereich lag hier zwischen 50 kHz und 80 kHz.