Was ist ein Niederfrequenz-Oszillator (LFO)?
Ein Niederfrequenz-Oszillator ist ein Gerät, das ein relativ niederfrequentes Signal erzeugt.
Die Definition des Begriffs Niederfrequenz selbst hängt von dem Bereich ab, in dem er verwendet wird, aber die Spezifikationen der auf dem Markt befindlichen Niederfrequenz-Oszillatoren reichen grob von einigen Hz bis zu mehreren hundert kHz. Oszillatorschaltungen können zur Erzeugung eines Wechselstromsignals mit einer bestimmten Frequenz verwendet werden und sind im Allgemeinen für die Erzeugung von Referenzsignalen bei Tests mit Frequenzsignalen zuständig.
Signale im ungefähren Bereich von 20 Hz bis 20 kHz, die von Oszillatoren erzeugt werden können, liegen im hörbaren Bereich und können von Menschen als Schall gehört werden, wenn sie verstärkt werden.
Anwendungen von Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)
Am häufigsten werden Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs) bei der Analyse des Frequenzgangs von Audiogeräten eingesetzt. Da die meisten elektronischen Kommunikationsgeräte, die mit Frequenzsignalen arbeiten, Radiofrequenzen (RF) verwenden und die bekannten niedrigen Frequenzen Schallwellen sind, sind akustische Geräte die vorherrschenden Schaltungen, die niederfrequente Signale verwenden.
So wird beispielsweise ein Audioverstärker als Prüfling verwendet und das Eingangssignal von einem Niederfrequenz-Oszillator (LFO) erzeugt. Durch Analyse des Ausgangssignals mit einem FFT-Analysator oder ähnlichem können die Eigenschaften des zu prüfenden Verstärkers analysiert werden.
Funktionsweise der Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)
Die Funktionsweise der Niederfrequenz-Oszillatoren liegt in der Technik zur Erzeugung stabiler Frequenzsignale auf der Basis eines Schwingkreises. Da sich niederfrequente Wellenformen mit den bekannten Hartley- oder Colpitts-Schwingkreisen, die auf LC-Schwingkreisen basieren, aufgrund der begrenzten Wellenlänge nur schwer realisieren lassen, werden RC- (oder auch CR-) Schwingkreise verwendet.
Zu den RC-Oszillatoren gehören Wien-Brückenschaltungen, T-Brückenschaltungen und zustandsvariable Schaltungen, die alle eine Oszillation durch Anpassung der Rückkopplung des Verstärkers erreichen können. Von diesen Schaltungen ist die Wien-Brückenschaltung die bekannteste und am weitesten verbreitete, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass nur ein Verstärker in der Schaltung vorhanden ist.
Andererseits bietet der zustandsvariable Typ eine geringere Verzerrung und einen zweiphasigen Ausgang. Ein variabler Widerstand oder ein variabler Kondensator, genannt Varicap, kann zur Steuerung der Frequenz verwendet werden. Die Stufenvariable mit Kondensatoren und Festwiderständen ist ein weiteres Beispiel für eine Frequenzbestimmungstechnik.
Ein RC-Schwingkreis allein kann keine Sinuswelle mit konstanter Amplitude erzeugen. Daher ist in der Regel eine Vorrichtung zur Steuerung der Amplitude erforderlich. Zu den Methoden gehören die Einstellung der Rückkopplungsmenge mit Hilfe eines Elements, dessen Widerstand sich mit der angelegten Spannung ändert, z. B. einer Glühbirne oder eines Thermistors, oder der Aufbau einer elektronischen Schaltung, die die Spannung am Ausgang erfasst und die Rückkopplungsmenge einstellt.
Weitere Informationen zu Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)
1. Bausätze für elektronische Schaltungen und PC-Software
Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs) sind relativ bekannte elektronische Schaltungen, mit denen man z. B. Summer für den Hausgebrauch herstellen kann. Aus diesem Grund werden sie häufig in Bausätzen für elektronische Schaltungen und als Lehrmaterial für SchülerInnen, die elektronische Schaltungen lernen, verwendet.
Kostenlose Software (z. B. WaveGene) ist ebenfalls weit verbreitet, um niederfrequente Schallquellen auf Windows-PCs zu erzeugen.
2. Genauigkeit und Kalibrierung von Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)
Im Allgemeinen ist die Frequenzgenauigkeit von RC-Oszillatoren nicht so gut wie die von Quarz- oder Keramikoszillatoren. Dies liegt an den Schwankungen der Widerstands- und Kapazitätswerte und der Tatsache, dass sich der RC-Wert mit der Temperatur ändert.
Im Vergleich zu Quarzoszillatoren sind RC-Oszillatoren jedoch relativ kostengünstig und einfach zu konstruieren, weshalb sie weit verbreitet sind und Innovationen zur Verbesserung ihrer Genauigkeit entwickelt wurden. Eine typische Verbesserungsmethode ist die Kalibrierung. Die Kalibrierung ist eine weit verbreitete Methode, bei der digitale Schaltkreise zum Einsatz kommen, und die Frequenzwerte werden durch Kalibrierung angepasst, insbesondere bevor das Produkt ausgeliefert wird.
Die Kalibrierung mit digitalen Schaltkreisen basiert auf einer Methode, bei der die Kompensation durch Vergleich mit einem internen Taktgeber erfolgt, z. B. wird im Allgemeinen ein bestimmter Wert der Speicheradresse zur Kalibrierung verwendet. Dies kann durch automatische Auswahl des Registerwerts erfolgen, der die gewünschte Schwingungsfrequenz ergibt, indem der Wert eines Registers namens OSCCAL im Betrieb der digitalen Schaltung geändert wird.