Clapp-Oszillator: Frequenzformel und Schaltplan

Was ist ein 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 zu bestimmen (siehe Schaltbild unten). LC-Oszillatoren verwenden einen Transistor (oder Röhre oder anderes Verstärkungselement) und ein Netzwerk für positive Rückkopplung.

Ein Clapp-Oszillator ist eine Variation des Colpitts-Oszillators, bei dem ein zusätzlicher Kondensator (C3) in den Resonanzkreis eingefügt wird, um in Serie mit der Spule darin zu liegen, wie im folgenden Schaltbild gezeigt.

Abgesehen von der Anwesenheit eines zusätzlichen Kondensators bleiben alle anderen Komponenten und ihre Verbindungen ähnlich wie beim Colpitts-Oszillator.

Daher ist das Arbeitsprinzip dieses Schaltkreises fast identisch mit dem des Colpitts, wobei das Feedback-Verhältnis die Erzeugung und Stabilität der Oszillationen steuert. Die Frequenz der Oszillation bei einem Clapp-Oszillator wird jedoch durch die 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 eine größere Spule erfordert, was die Implementierung erleichtert und den Einfluss von Streuinduktivität 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 Gesamtkapazität, die den Schaltkreis bestimmt, stärker von ihm abhängt.

Daher kann die Frequenzformel approximiert werden als

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

Im Falle des Colpitts-Oszillators müssen die Kondensatoren C1 und C2 variiert werden, um deren Betriebsfrequenz zu verändern. Während dieses Prozesses ändert sich jedoch auch das Feedback-Verhältnis des Oszillators, was wiederum seine Ausgangswelle beeinflusst.

Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, C1 und C2 fest zu halten und die Frequenzänderung mithilfe eines separaten variablen Kondensators zu erreichen.

Wie zu erwarten, ist dies genau das, was C3 im Fall des Clapp-Oszillators leistet, was ihn im Vergleich zum Colpitts-Oszillator in Bezug auf die Frequenzstabilität vorteilhafter macht.

Die Frequenzstabilität des Schaltkreises kann sogar noch weiter erhöht werden, indem der gesamte Schaltkreis in einer Kammer mit konstanter Temperatur untergebracht und eine Z-Diode zur Sicherstellung einer konstanten Versorgungsspannung verwendet wird.

Zudem ist zu beachten, dass die Werte der Kondensatoren C1 und C2 anfälliger für Streukapazitäten sind als C3.

Dies bedeutet, dass die Resonanzfrequenz des Schaltkreises durch Streukapazitäten beeinflusst würde, wenn man einen Schaltkreis nur mit C1 und C2 hätte, wie im Fall des Colpitts-Oszillators.

Wenn jedoch C3 im Schaltkreis vorhanden ist, dann würden Änderungen in den Werten von C1 und C2 die Resonanzfrequenz nicht stark variieren, da der dominierende Term dann C3 wäre.

Weiterhin sind Clapp-Oszillatoren vergleichsweise kompakt, da sie einen relativ kleinen Kondensator verwenden, um den Oszillator über einen weiten Frequenzbereich zu justieren. Dies liegt daran, dass selbst eine geringfügige Änderung des Kondensatorwerts die Frequenz des Schaltkreises in hohem Maße variiert.

Außerdem weisen sie einen hohen Q-Faktor mit einem hohen L/C-Verhältnis und weniger zirkulierendem Strom im Vergleich zu Colpitts-Oszillatoren auf.

Schließlich ist zu beachten, dass diese Oszillatoren sehr zuverlässig sind und daher trotz ihres begrenzten Frequenzbereichs bevorzugt werden.

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