Sinusförmige Signale mit dem Phasenschieber erzeugen

Sicherlich gibt es eine ganze Menge an elektronischen Schaltungen, mit denen sich unterschiedlichste Signale erzeugen lassen. Sehr gängig ist beispielsweise die astabile Kippstufe, auch Multivibrator genannt. Allerdings erzeugen die meisten dieser Schaltungen recheckförmige Signale oder Ähnliches. Um Sinuswellen zu erzeugen, eignet sich der sogenannte Phasenschieber (engl. Phase-Shift). Baut man eine Schaltung nach dem folgenden Schaltbild auf und schließt diese an eine Spannungsquelle mit etwa 6 bis 8 Volt an, so wird über den angeschlossenen Schallwandler ein sinusförmiger Ton mit geringer Frequenz hörbar. Die Höhe dieses Tons ist von mehreren Faktoren abhängig. So bewirkt beispielsweise eine Änderung der Betriebsspannung auch eine Änderung der Tonhöhe. Weiterhin sind es die frequenzbestimmenden Bauteile wie die Kondensatoren C1 bis C3 und die Widerstände R3, R4 und R6, die eine Veränderung der Frequenz der erzeugten Sinussignale bewirken.

Das Schaltbild
Das Schaltbild
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Die Funktionsweise des Phasenschiebers

 

Damit die Schaltung funktionieren kann, müssen mehrere Voraussetzungen erfüllt werden. Die Kondensatoren C1 bis C3 und die Widerstände R3, R4 und R6 müssen jeweils gleiche Werte besitzen. Die ganze Schaltung funktioniert aufgrund folgender Gegebenheiten:

 

  • Als Erstes wäre da das Prinzip der sogenannten Rückkopplung. So kann sich beispielsweise ein Transistor selbst ansteuern, wenn ein Teil seines Ausgangssignals auf seinen Eingang zurückgeführt wird. Diese Rückkopplung bewirkt quasi eine Selbsterhaltung einmal erzeugter Schwingungen. In unserer Schaltung wurde dieser Rückkopplungsweg über den Widerstand R6 realisiert. Theoretisch könnte diese Rückkopplung auch über einen Kondensator erfolgen.
  • Eine weitere Voraussetzung zur Funktion dieser Schaltung besteht darin, dass die zum Eingang des Transistors zurückgeführten Schwingungen in der richtigen Phasenlage erfolgen müssen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Schwingungen so zurückgeführt werden müssen, dass nicht etwa ein Wellental zur Basis des Transistors gelangt, wenn ein Wellenberg nötig ist, um die Schwingungen aufrecht zu erhalten.
  • Um diese Voraussetzung zu erfüllen, wurde in der Schaltung eine Art zeitliche Verzögerung eingebaut, die durch die eben genannten Bauteile umgesetzt worden ist. Die Kondensatoren benötigen zum Aufladen über die Widerstände eine gewisse Zeit, wodurch eine zeitliche Verzögerung der Wellenform erreicht wird. Man nennt dies auch eine Phasenverschiebung. Die Kombination der zeitlich relevanten Bauteile wurde so gewählt, dass eine insgesamte Phasenverschiebung um 180° erreicht wird. Dadurch ist gewährleistet, dass der Transistor T2 dann eine Signalspitze (Wellenberg) erhält, wenn er diese zum Weiterführen der Sinusschwingungen benötigt.

 

Der Aufbau der gesamten Schaltung ist nicht ganz unkritisch. Werden die Bauteile falsch dimensioniert, kann die Schaltung keine Sinusschwingungen erzeugen. Außerdem funktioniert die Schaltung nur in einem bestimmten Spannungsbereich.

 

Übrigens: Sie können mit einem Phasenschieber-Generator nicht nur Töne erzeugen, sondern auch Leuchtdioden ansteuern.

Aufbau der Schaltung auf einem Steckboard
Aufbau der Schaltung auf einem Steckboard

Hier können Sie die von mir aufgebaute Schaltung im Betrieb sehen bzw. hören:

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