Ein Oszillator ist eine freischwingende elektronische Schaltung zur Erzeugung von sinusförmigen Frequenzen. Das Oszillatorprinzip basiert auf dem Prinzip der Mitkopplung, wobei einer Resonanzschaltung zur Aufrechterhaltung der Resonanz über die Rückkopplung ein Teil der Resonanzenergie wieder zugeführt wird. Eine solche Oszillatorschaltung kann nur dann schwingen, wenn die kaskadierte Verstärkung und Dämpfung im Verstärker und in der Rückkopplung größer ist als "1", und wenn die Phasenlage des rückgekoppelten Signals in Phase mit der oszillierenden Frequenz ist.
Der Aufbau von Oszillatoren
Die Resonanzschaltung eines Oszillators kann ein Schwingkreis sein oder eine Quarzschaltung, die von einem aktiven elektronischen Bauteil, einer Elektronenröhre oder einem Transistor zum Schwingen gebracht wird. Der Schwingungszustand wird über die Rückkopplung aufrecht erhalten.
Bei den LC-Oszillatoren kann die Rückkopplung eine induktive Kopplung oder eine kapazitive Kopplung sein. Das rückgekoppelte Signal kann dabei über eine transformatorische Kopplung zwischen der Schwingkreisspule und einer Auskoppelspule abgegriffen werden, aber ebenso kann die Schwingkreisspule angezapft oder das Rückkopplungssignal zwischen zwei Kapazitäten abgenommen werden. Die Einspeisung des rückgekoppelten Signals kann im Kollektorschaltkreis, am Emitter oder an der Basis erfolgen. Die verschiedenen Rückkopplungsschaltungen werden als Schwingschaltungen nach ihren Erfindern als Meißner-Oszillator, Colpitts-Oszillator und Hartley-Oszillator bezeichnet.
Die Frequenz des Oszillators wird durch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt und kann durch Steuerspannungen, einstellbare Drehkondensatoren oder Trimmkondensatoren geändert werden.
Oszillatoren mit hoher Frequenzgenauigkeit und -stabilität
Anstelle des Schwingkreises können in Oszillatoren auch Keramikresonatoren und Quarze eingesetzt werden. Die damit erzielbaren Frequenzstabilitäten liegen gegenüber denjenigen, die mit Schwingkreis arbeiten, um einige Zehnerpotenzen höher. Zur weiteren Erhöhung der Frequenzstabilität können die Quarzoszillatoren temperaturkompensiert sein, wie der Temperature Compensated Crystal Oscillator (TCXO), oder mit temperaturgesteuerten Öfen arbeiten, wie der Oven Controlled Crystal Oscillator (OCXO).
Neben den genannten Oszillatoren gibt es auch MEMS-Resonatoren, die sich durch bessere Alterungseigenschaften gegenüber Quarzoszillatoren auszeichnen. Darüber hinaus gibt es den spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) mit höherer Genauigkeit und Stabilität als Voltage Controlled Crystal Oscillator (VCXO). Zudem gibt es mit dem Digital Controlled Crystal Oscillator (DCXO) einen digital gesteuerten Quarzoszillator (XO) mit höchster Frequenzgenauigkeit.