{"id":139,"date":"2015-12-24T20:41:44","date_gmt":"2015-12-24T19:41:44","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/stefan\/?page_id=139"},"modified":"2016-01-24T16:15:35","modified_gmt":"2016-01-24T15:15:35","slug":"spannungsgesteuerter-oszillator","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/stefan\/gruppen\/sound\/spannungsgesteuerter-oszillator\/","title":{"rendered":"Oszillator"},"content":{"rendered":"

Aufgabe<\/em><\/h2>\n

Die Gruppe bildet den Teil des Oszillators und besch\u00e4ftigt sich mit dem Entwurf eines spannungsgesteuerten Oszillatorschwingkreises, kurz VCO. Dessen Aufgabe ist es nun, aus einer konstanten Eingangssteuerspannung eine Schwingung zu erzeugen, welche ihre Frequenz in Abh\u00e4ngigkeit der Steuerspannung \u00e4ndert und einen h\u00f6rbaren Frequenzbereich abdeckt. Hinzukommend wirkt ein Einschaltsignal U_Enable mit, welches logisch mit der Betriebsspannung in ein AND-Gatter geht, um die Betriebsspannung an den zweiten Teil unseres VCOs, den Schmitt-Trigger, zu schalten. Der Oszillator soll keine Leistung umsetzen, wenn der Ton ausgeschaltet ist. Das erzeugte sinusf\u00f6rmige Ausgangssignal soll nun h\u00f6rbare Frequenzunterschiede liefern und wird dann an den Klasse-D-Verst\u00e4rker weitergeleitet. Die folgende Abbildung stellt das Blockschaltbild des Oszillators dar.<\/p>\n

\"bsb_vco\"<\/a><\/p>\n

Abbildung 1: Blockschaltbild<\/p>\n

Schaltplan<\/em><\/h2>\n

Der mit LTspice entworfene Schaltplan sieht so aus:<\/p>\n

\"schaltplan\"<\/a><\/p>\n

Abbildung 2: Schaltplan<\/p>\n

Die Grundlage f\u00fcr den VCO bildet ein Schmitt-Trigger, welcher durch ein NAND-Gatter mit Schmitt-Trigger-Eigenschaft realisiert wird. Die Aufladung des Kondensators erfolgt \u00fcber den Widerstand R_2 = 4kOhm. Die Diode sperrt da der Ausgang des NAND-Gatters auf HIGH steht. Sobald eine gen\u00fcgend hohe Spannung am Kondensator anliegt schaltet der Ausgang des NAND-Gatters auf LOW und der Kondensator C = 1uF entl\u00e4dt sich \u00fcber die Diode (Modell 1N914). Der Ausgang des NAND-Gatters schaltet sich wieder auf HIGH, wodurch die in Abbildung 1 dargestellte Trigger-Spannung entsteht (siehe Simulation).<\/p>\n

Das nachgeschaltete D-Flipflop, mit von Q r\u00fcckgekoppeltem Eingang auf D, zeigt das selbe Verhalten, wie ein einflankengesteuertes T-Flipflop. Bei steigender Flanke der Triggerspannung toggelt es seinen Ausgang und liefert somit eine Rechteckspannung mit halber Frequenz des Trigger-Signals. Die Frequenz dieser Signale h\u00e4ngt von der angelegten VCO-Spannung ab. Bei h\u00f6heren Spannungen l\u00e4dt sich der Kondensator schneller auf und das NAND-Gatter schaltet fr\u00fcher. Die Frequenz ist dadurch h\u00f6her. Der m\u00f6gliche Frequenzbereich liegt zwischen 100 und 1000Hz.<\/p>\n

Durch den aktiven Tiefpassfilter 2.Ordnung werden die Oberschwingungen aus dem Rechtecksignal gefiltert und ein sinus\u00e4hnliches Signal erzeugt. F\u00fcr hohe Frequenzen nahe der Grenzfrequenz des Filters zeigt sich ein recht ordentliches Sinussignal. F\u00fcr tiefere Frequenzen sind noch einige Oberschwingungen enthalten.<\/p>\n

Simulation<\/em><\/strong><\/h2>\n

F\u00fcr die Simulation musste ein anderer Bauteilwert f\u00fcr R_2 verwendet werden als bei der praktischen Messung, um den gew\u00fcnschten Frequenzbereich abzudecken. In der Simulation betr\u00e4gt er 4kOhm, beim praktischen Testaufbau 50kOhm. Im folgenden sind die Simulationsergebnisse f\u00fcr zwei unterschiedliche Steuerspannungen U_VCO dargestellt:<\/p>\n

\"trigger\"<\/a><\/p>\n

Abbildung 3: Trigger<\/p>\n

\"rechteck\"<\/a><\/p>\n

Abbildung 4: Rechteck<\/p>\n

\"simulation1\"<\/a><\/p>\n

Abbildung 5: Simulation 1<\/p>\n

\"simulation2\"<\/a><\/p>\n

Abbildung 6: Simulation 2<\/p>\n

Erkennbar in den Abbildungen sind die Zeitverl\u00e4ufe von Trigger-Spannung (Abb. 3), durch toggeln erzeugte Rechteckspannung (Abb.4) und gefilterter Ausgangsspannung f\u00fcr zwei verschiedene Steuerspannungen bzw. Ausgangsfrequenzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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