Sperrschwing-Oszillatoren (Blocking Oscillators): Funktionsweise, Typen und Praxisanwendungen

Ihr Projekt erfordert Wissen über Sperrschwing-Oszillatoren (Blocking Oscillators)? Keine Sorge – sie sind einfach, spannend und vielseitig im Alltag einsetzbar.

Wir teilen unser Wissen über die Bedeutung von Sperrschwingern in der Elektronik.

Dieser Artikel deckt alles ab, was Sie wissen müssen. Lesen Sie weiter.

Was ist ein Sperrschwing-Oszillator (Blocking Oscillator)?

Abb. 1: Schaltbild eines Sperrschwing-Oszillators

Ein Sperrschwing-Oszillator ist ein diskreter Impulsgenerator, der einen Transformator, einen Widerstand und ein verstärkendes Element (Transistor, Röhre) nutzt, um periodische Impulse zu erzeugen.

Typische Verstärkerelemente: Transistoren, Vakuumröhren.

Der Name „Blocking“ rührt daher, dass das Verstärkerelement die meiste Zeit seines Tastverhältnisses (Duty Cycle) gesperrt (blockiert) ist.

Wichtige Kenngrößen:

• Pulswiederholzeit (Pulse Repetition Time)
• Pulsbreite (Pulse Width)
• Pulswiederholfrequenz (Pulse Repetition Rate)

Typen von Sperrschwing-Oszillatoren

Ein Impulstransformator ist bei allen Typen essenziell für die Impulserzeugung.

Erzeugt die Schaltung einen einzelnen Impuls → Monostabil (Monostable). Kann sie selbstständig den Zustand wechseln → Astabil (Astable). Ein bistabiles Verhalten (Flip-Flop) ist mit einem Sperrschwinger nicht realisierbar.

Monostabiler Sperrschwing-Oszillator

Besteht aus einem 3-Wicklungs-Impulstransformator und einem Emitterwiderstand. Lastwiderstände dienen der Dämpfung. Kollektor- und Basisspulen liefern regenerative Rückkopplung. Die dritte Wicklung gibt einen positiven oder negativen Impuls an die Last.

Zwei Varianten:

• Monostabil mit Basis-Zeitkonstante (Base Timing)
• Monostabil mit Emitter-Zeitkonstante (Emitter Timing)

Monostabiler Sperrschwing-Oszillator mit Basis-Zeitkonstante

Abb. 2: Schaltbild eines monostabilen Oszillators mit Basis-Timing

Aufbau: Impulstransformator, Transistor, Widerstand. Transformator liefert Rückkopplung, Widerstand steuert Pulsdauer.

Übersetzungsverhältnis Basis:Kollektor = n:1. Für jede Primärwindung (Kollektor) hat die Basisspule n Sekundärwindungen.

Transistor initially OFF, Basisspannung V_BB zu niedrig (vernachlässigbar). Kollektorspannung = V_CC.

Negativer Impuls am Kollektor senkt V_CC → durch Transformatorwirkung steigt Basispotenzial.

Bei Überschreiten der Einschaltspannung U_BE fließt Basisstrom → Kollektorstrom steigt, Schleifenverstärkung wächst → Transistor geht in Sättigung.

Dieser Zustand ist instabil; Transistor erreicht Stabilität durch Abschalten (Sperrzone).

Monostabiler Sperrschwing-Oszillator mit Emitter-Zeitkonstante

Abb. 3: Schaltbild eines monostabilen Oszillators mit Emitter-Timing

Hier ist die Pulsbreite unempfindlich gegen Stromverstärkung. Ein Timing-Widerstand im Emitterzweig steuert die Pulsweite.

3-Wicklungs-Transformator: Primär → Kollektor, Sekundär → Basis, 3. Wicklung → Lastwiderstand (Dämpfung).

Diese Anordnung invertiert die Polarität über Primär- und Sekundärwicklung.

Der Emitterwiderstand bestimmt die Ausgangspulsdauer.

Astabile Sperrschwing-Oszillatoren

Zwei Haupttypen:

• Diode-gesteuert (Diode Controlled)
• RC-gesteuert (RC Controlled)

Diode-gesteuerter astabiler Sperrschwing-Oszillator

Abb. 4: Schaltbild eines diode-gesteuerten astabilen Sperrschwing-Oszillators

Kondensator zwischen Basis und Transformatorsekundär. Diode zwischen Kollektor und Transformatorprimär.

Funktionsweise: Initialer Impuls am Kollektor, dann entfernt. Diode sperrt (Gegentakt) → Spannung am Transformator induziert phasengleich an Basis. Basisstrom steigt, U_BE überwindet Schwellspannung → Transistor leitet.

Steigender Kollektorstrom setzt Diode in Durchlass → Transformator lädt Kondensator. Während Laden kein Entladestrom → Basisspannung fällt, Transistor sperrt.

Spannung an Diode liegt an Primär und Sekundär an → Kondensator entlädt, Basisstrom steigt, Transistor leitet → Zyklus wiederholt sich.

RC-gesteuerter astabiler Sperrschwing-Oszillator

Abb. 5: Schaltbild eines RC-gesteuerten astabilen Sperrschwing-Oszillators

Timing-RC-Glied im Emitterzweig steuert Pulstiming. Prinzip ähnlich Diode-gesteuert, aber Kondensatorentladung erfolgt über RC-Zeitkonstante, nicht über Diode.

Funktionsweise eines Sperrschwing-Oszillators

Der Oszillator nutzt den Impulstransformator für Rechtecksignal und Widerstand für Frequenzsteuerung.

Ruhezustand: Basisspannung minimal → Transistor OFF. Basisspannung nicht 0 V (sonst Fehlauslösung durch Rauschen).

Impuls am Kollektor senkt dessen Potenzial → Basispotenzial steigt (Transformatorwirkung).

Wenn U_BE > Kniespannung: Transistor kommt aus Sperrzone, Kollektorstrom steigt. Phasenumkehr durch Transformator hebt Basispotenzial weiter an.

Bei Schleifenverstärkung > 1 → Transistor in Sättigung. Kollektorstrom steigt, Kollektorspannung konstant.

Emitterstrom durch Emitterwiderstand und Transformatorrückkopplung bestimmt. Steigender Kollektorstrom verringert Basisstrom kontinuierlich.

Wenn Basisstrom ausreichend niedrig → Transistor in Sperrzone. Zyklus/Puls wiederholt sich.

Anwendungen von Sperrschwing-Oszillatoren

• Periodische Schalter in elektronischen Schaltungen
• Frequenzteiler in Digitaltechnik
• Erzeugung hoher Spitzenleistungsimpulse
• Schalter in niederohmigen Systemen

Fazit

Wir haben die wesentlichen Aspekte von Sperrschwing-Oszillatoren und deren praktische Anwendung besprochen.

Benötigen Sie Hilfe bei Sperrschwingern oder Ihrem Projekt? Kontaktieren Sie uns jederzeit.