Was ist ein Clapp-Oszillator?

Was ist ein Clapp-Oszillator?

Clapp-Oszillator

Ein Clapp-Oszillator (auch bekannt als Gouriet-Oszillator) ist ein LC-Elektronikoszillator, der eine bestimmte Kombination aus einem Spule und drei Kondensatoren verwendet, um die Frequenz des Oszillators einzustellen (siehe Schaltbild unten). LC-Oszillatoren verwenden einen Transistor (oder eine Vakuumröhre oder ein anderes Verstärkungselement) und ein Netzwerk für positive Rückkopplung.

Ein Clapp-Oszillator ist eine Art von Colpitts-Oszillator mit einem zusätzlichen Kondensator (C3), der in Serie mit der Spule im Resonanzkreis geschaltet ist, wie im folgenden Schaltbild dargestellt.

Abgesehen vom zusätzlichen Kondensator bleiben alle anderen Komponenten und ihre Verbindungen ähnlich wie beim Colpitts-Oszillator.

Daher ist das Funktionieren dieses Schaltkreises fast identisch mit dem des Colpitts, wobei das Rückkopplungsverhältnis die Erzeugung und Stabilität der Oszillationen bestimmt. Die Oszillationsfrequenz eines Clapp-Oszillators wird jedoch durch folgende Formel gegeben:

In der Regel wird C3 so gewählt, dass es viel kleiner als die beiden anderen Kondensatoren ist. Dies liegt daran, dass bei höheren Frequenzen ein kleinerer C3 zu einer größeren Spule führt, was die Implementierung erleichtert und den Einfluss von Streuinduktivitäten reduziert.

Dennoch muss C3 mit äußerster Sorgfalt gewählt werden. Wenn es zu klein gewählt wird, entstehen keine Oszillationen, da der L-C-Zweig kein netto-induktives Verhalten aufweist.

Es ist jedoch zu beachten, dass, wenn C3 im Vergleich zu C1 und C2 kleiner gewählt wird, die gesamte Kapazität, die den Schaltkreis steuert, stärker von C3 abhängt.

Die Frequenzformel kann daher näherungsweise als

Weiterhin macht die Anwesenheit dieser zusätzlichen Kapazität den Clapp-Oszillator gegenüber dem Colpitts-Oszillator bevorzugt, wenn eine Frequenzänderung erforderlich ist, wie bei einem variablen Frequenzoszillator (VCO). Der Grund dafür lässt sich wie folgt erklären.

Im Fall des Colpitts-Oszillators müssen die Kondensatoren C1 und C2 variiert werden, um die Betriebsfrequenz zu ändern. Während dieses Prozesses ändert sich jedoch auch das Rückkopplungsverhältnis des Oszillators, was wiederum seine Ausgangswelle beeinflusst.

Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, C1 und C2 festzulegen und die Frequenzänderung durch einen separaten variablen Kondensator zu erreichen. Wie zu erwarten, erfüllt C3 diese Funktion beim Clapp-Oszillator, was ihn hinsichtlich der Frequenzstabilität gegenüber dem Colpitts-Oszillator vorteilhafter macht.Sie können die Frequenzstabilität des Schaltkreises weiter verbessern, indem Sie ihn in eine temperaturgeführte Kammer platzieren und eine Z-Diode verwenden, um eine konstante Versorgungsspannung zu erhalten.

Zusätzlich werden die Werte der Kondensatoren C1 und C2 von Streukapazitäten beeinflusst, im Gegensatz zu C3.Dies bedeutet, dass die Resonanzfrequenz des Schaltkreises von den Streukapazitäten beeinflusst würde, wenn man nur C1 und C2 hätte, wie beim Colpitts-Oszillator. Wenn jedoch C3 im Schaltkreis vorhanden ist, würden Änderungen der Werte von C1 und C2 die Resonanzfrequenz nicht stark verändern, da der dominierende Term dann C3 wäre.

Außerdem sind Clapp-Oszillatoren vergleichsweise kompakt, da sie einen relativ kleinen Kondensator verwenden, um den Oszillator über einen breiten Frequenzbereich abstimmen zu können. Dies liegt daran, dass selbst eine geringfügige Änderung der Kapazität den Frequenzwert des Schaltkreises erheblich verändert.

Darüber hinaus weisen sie einen hohen Q-Faktor mit einem hohen L/C-Verhältnis und weniger zirkulierendem Strom im Vergleich zu Colpitts-Oszillatoren auf.Letztendlich ist zu beachten, dass diese Oszillatoren sehr zuverlässig sind und daher trotz ihres begrenzten Frequenzbereichs bevorzugt werden.