Ein einfacher Wien-Robinson Oszillator

Für meine Zwecke reichte ein einfaches Selbstbaugerät aus. Daher hab ich mich im Internet umgesehen wo ich schnell fündig wurde. Schaltungen für Sinusoszillatoren gibt es dort wie Sand am Meer! Zunächst sollte die Schaltung möglichst einfach sein; andererseits sollte auf jeden Fall ein Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 KHz abgedeckt werden. Ich entschied mich schließlich für die folgende Schaltung:

http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/Testgear/sinegen.htm

Es handelt sich hier um einen sogenannten Wien-Robinson-Oszillator mit einstellbarer Frequenz und vier Frequenzbereichen, die einen Bereich von 15 Hz bis 150 KHz abdecken! Als Verstärker wird der Operationsverstärker LF 351 benutzt. Dieser benötigt eine positive und eine negative Betriebsspannung, die im Original mit zwei 9 Volt Batterien erzeugt wird.

Man kann statt der zwei 9 Volt Batterien auch einen Printtrafo nehmen, der zwei Ausgänge mit 9 V hat. Die beiden Ausgänge werden genau die beiden Batterien in Reihe geschaltet. Mit einem positiven und einen negativen Festspannungsregler werden die beiden Betriebsspannungen + 9 V und - 9 V stabilisiert. Diese Schaltung kann man gut auf einer Streifenplatine aufbauen.

Das Netzteil

Da der Trafo wie alle Netzteile mit Netzspannung betrieben wird, ist hier immer große Vorsicht geboten! Daher sind ohne Ausnahme vor der Planung oder dem Baubeginn diese Hinweise zu lesen und zu beachten!!!

Anfänger oder jüngere Bastler sollten den Sinusgenerator zuerst immer mit den 9 Volt Blöcken betreiben! Diese kann man z. B. als Spannungsquelle zusammen mit drei Buchsen in ein eigenes kleines Gehäuse bauen. In das Gehäuse des eigentlichen Sinusgenerators kommen dann ebenfalls drei Buchsen zur Spannungsversorgung. Man kann weiterhin aber auch ein schon vorhandenes externes symmetrisches Netzteil nutzen.

Als Operationsverstärker wird der LF 351 verwendet. Dieser sitzt in einem achtpoligen IC-Gehäuse. Man sollte ihn unbedingt eine IC-Fassung spendieren!

Die Anschlußbelegung des LF 351 laut Datenblatt

Der LF 351 verträgt eine maximale Eingangsspannung von + / - 18 Volt. Wer ein externes symmetrisches Netzteil für diese Schaltung verwenden will, kann eines mit einer Ausgangsspannung zwischen 9 und 15 Volt + / - verwenden.

Ich habe mich für das oben erwähnte symmetrische Netzteil entschieden, welches auf einer eigenen Platine aufgebaut wurde. Anschließend habe ich die Schaltung des Sinusgenerators auf einer ausreichend großen Streifenplatine aufgebaut.

Für die Frequenzbereichsumschaltung ist ein Stufenschalter mit zweimal vier Schaltstufen erforderlich. Die Frequenzfeineinstellung übernimmt ein Stereopoti. Alles zusammen habe ich in ein ausreichend großes Tekogehäuse aus Kunststoff eingebaut, welches etwa die Maße 21,5 x 13 x 8,5 cm hat.

Je nach Lust und Geschmack kann man noch weitere Dinge einbauen. Da ich gerade eines herumliegen hatte und auch noch Platz an der Front des Gehäuses vorhanden war, habe ich noch ein Voltmeter eingebaut, welches den Effektivwert der Sinusspannung anzeigt. Natürlich muß vor das Voltmeter ein Gleichrichter geschaltet werden! Die folgenden Fotos zeigen den Bau des Gerätes.

...während des Baus im März 2005

Die Schaltung ist schon fertig
Jetzt kommt alles in ein Kunststoffgehäuse.

Der fertige Sinusgenerator

Im Oktober 2007 hab ich die Schaltung in ein anderes Gehäuse umgebaut und das Voltmeter entfernt. Stattdessen habe ich eine kleine Gegentaktstufe eingebaut, die einen kleinen Lautsprecher antreibt. So kann man die gerade eingestellte Frequenz hören, vorausgesetzt, sie liegt im hörbaren Bereich. Die Einstellung der Lautstärke geschieht über ein logarithmisches Poti mit 100 Kiloohm in der Eingangssignalleitung. Auch ist der Verstärker per Schalter abschaltbar, wenn er nicht benötigt wird.

Der Umbau in ein neues Gehäuse

Die Schaltung fertig eingebaut im neuen Gehäuse

Der fertige Sinusgenerator

In Überlegung ist weiterhin eine dritte Version in einem Gehäuse aus Metall, welches besser abgeschirmt ist (besonders wichtig für hohe Frequenzen). Da dieses zur Verhinderung von Brummschleifen usw. nicht mit dem Schutzleiter verbunden werden soll, muß die Spannungsquelle (Trafo) aus dem Gehäuse in ein eigenes ausgelagert werden.

Die erzeugten Frequenzen hängen von den Werten der eingesetzten Widerstände und Kondensatoren ab. Die Grundlagen dazu habe ich hier beschrieben.

Allerdings sind immer gewisse Bauteiltoleranzen vorhanden, so daß die praktischen Werte etwas von den errechneten abweichen können. Mit dem Frequenzzähler habe ich bei korrekt eingestellter Sinusform die Anfangs- und Endfrequenzen der vier Frequenzbereiche gemessen:

Bereich 1: 10 - 139 Hz
Bereich 2: 152 - 1.810 Hz
Bereich 3: 1.528 - 17.810 Hz
Bereich 4: 13.712 - 138.000 Hz

Das Poti mit den 1 Kiloohm dient zum Einstellen der Schwingungsform. Diese kann man allerdings nur mit Hilfe eines Oszilloskopes korrekt einstellen! Der Sinus muß oben und unten richtig rund sein und darf nicht abgehackt oder rechteckig aussehen! Wer den Sinusgenerator an einem Verstärker mit Lautsprecher anschließt kann diese Veränderungen auch hören. Ein sauberer Sinus klingt unnatürlich rein und weich. Wird der Sinus durch eine falsche Einstellung verzerrt, dann wird der Ton heller und klingt härter oder gar hohl. Wer ein Oszilloskop hat wird schnell feststellen, das die richtige Einstellung ein nur winziger Bereich am Poti ist. Man muß dieses schon mit Feingefühl drehen.

Total verstimmter Oszillator
Hier muß man am Poti drehen!

Verstimmter Oszillator
Hier wurde schon etwas am Poti gedreht, aber es reicht noch nicht.

Verstimmter Oszillator
Das sieht schon besser aus, ist aber immer noch nicht richtig so.

Richtig eingestellter Oszillator
Ist das Poti richtig eingestellt, kommt ein sauberer Sinus heraus.

Zum Schluß habe ich noch einige Schirmbilder bei verschiedenen Frequenzen mit dem Oszilloskop gemacht:

1 KHz

10 KHz

50 KHz

100 KHz

138 KHz