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LC - Transistoros zillator
Die Erfindung bezieht sich auf einen LC-Transistoroszillator, dessen Steilheit durch Arbeitspunktverschiebungen z. B. durch eine von aussen angelegte Spannung variiert wird.
Transistoroszillatoren mit Induktivität und Kapazität als frequenzbestimmendes Glied sind an sich bekannt. Gleichfalls bekannt sind Frequenzregelungseinrichtungen, beispielsweise mit Röhren oder neuerdings mit Kapazitätsdioden, die mit Regelspannungen arbeiten. Es gibt eine grosse Anzahl von Regelproblemen, bei denen es erwünscht ist, dass die Frequenz eines Schwingsystems durch Anlage einer Fremdspannung gesteuert wird. Dieses Problem tritt beispielsweise in Fernsehgeräten auf. Die Frequenz des Zeilenoszillators z. B. wird bei Schwungradsynchronisierung mit den Zeilenimpulsen des Senders verglichen.
Bei Abweichung beider Frequenzen wird eine Nachregelspannung gewonnen, die einer zum Zeilenoszillator parallelgeschalteten Reaktanzröhre oder Kapazitätsdiode zugeführt wird und die Frequenz des Zeilenoszillatorsso lange nachregelt, bis sie mit der Zeilenfrequenz des Sendersignals übereinstimmt.
Beim Zuführen einer Regelspannung an die Basis oder durch sonstige Arbeitspunktänderungen einer Transistor-LC-Schwingstufe kann es zu einer Frequenzvariation von einigen Prozenten kommen. Der Grund dafür liegt unter anderem in der Spannungsabhängigkeit der dynamischen Innenkapazität. Diese Frequenzvariation, die ausserdem stark von Exemplarsteuerungen des Transistors abhängig ist, reicht keinesfalls aus, um alle Regelaufgaben zu lösen.
Anderseits ist es oft erwünscht, die Frequenz unabhängig von Änderungen der äusseren Spannung konstant zu erhalten und gerade die Spannungsabhängigkeit der dynamischen Innenkapazitäten sowie Rückwirkungen von durch Spannungsänderung hervorgerufener Arbeitspunktverschiebung auf das äussere Netzwerk und die Frequenz unwirksam zu machen.
Die. Erfindung erreicht das gestellte Ziel, nämlich die Frequenzregelung bei Variation einer äusseren Spannung und der damit verbundenen Arbeitspunktverschiebung, also entweder eine verstärkte Frequenz- änderung oder die Verhinderung einer Frequenzänderung dadurch, dass der Rückkopplungskanal zusätzlich ein phasenschiebendes Netzwerk erhält.
Bei einem frequenzstabil schwingenden Oszillator soll die rückgekoppelte Spannung in ihrer Rückkopplungsphase zusätzliche Verschiebung haben. Überdies muss die rückgekoppelte Spannung so verstärkt werden, dass sich wieder die Ausgangsspannung ergibt.
Bei einer Reaktanzschaltung strebt man eine Phasenverschiebung der Rückkopplung um 900 an. Durch diese Phasenverschiebung, z. B. wie bekannt bei der rückgeführten Anodenwechselspannung auf das Steuergitter einer Reaktanzröhre, wird Anodenstrom zur Anodenspannung um 900 verschoben. Zwischen Anode und Kathode hat die Röhre die Eigenschaften eines Blindwiderstandes, u. zw. je nach der Art der Rückkopplung, der Vor- und Nacheilung des Stromes zur Spannung, die Eigenschaft eines kapazitiven oder eines induktiven Gliedes. Die Grösse des Blindwiderstandes ist dabei von der Röhrensteilheit oder der Verstärkung des rückgekoppelten Signals abhängig. Bei Reaktanzröhren wird der Blindwiderstand durch Änderung der Steilheit (z. B. durch Änderung der Schirmgitterspannung) geändert.
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erzeugende 90 Rückkopplung.
Die Grösse des durch die 90 Komponente bestimmten Blindwiderstandes, der praktisch genau so wie ein entsprechend grösser in den Kreis geschalteter Blindwiderstand wirkt, ist, abgesehen von den konstanten Rückkopplungsgliedern, von der Verstärkung bei Röhren und Transistoren also von der Steilheit abhängig. Wird die Steilheit durch eine Arbeitspunktverschiebung, wie sie durch Änderung einer der Steuerspannungen hervorgerufen werden kann, geändert, so ändert sich auch der Wert des Blindwiderstandes. Da der Blindwiderstand ein die Schwingfrequenz bestimmendes Glied ist, kann auf diese Weise über eine Arbeitspunktverschiebung und damit verbunden einer Änderung der Steilheit die
Schwingfrequenz geregelt werden.
Beispielsweise ist es möglich, die Steilheit eines Transistors durch An- legen einer veränderlichen Spannung an der Basis zu verändern. Dabei wird auch der durch die erfin- dungsgemässe 900 Rückkopplungskomponente hervorgerufene Blindwiderstand in seiner Grösse geändert und damit die Schwingfrequenz entsprechend der angelegten Regelspannung variiert. Hat der Transistor an sich bereits eine durch Änderung der inneren Kapazitäten hervorgerufene Tendenz zur Frequenzänderung, so wird man die Rückkopplung so wählen, dass eine Blindkomponente erreicht wird, die diese Tendenz verstärkt.
Praktisch lässt sich auf diese Art eine Frequenzvariation von : 10% erzielen, die beispielsweise für die automatische Nachregelung des Zeilenoszillators eines Fernsehapparates durch eine bei einer Schwungradsynchronisierung gewonnenen Spannung ausreicht.
Will man eine durch eine Störspannung eventuell auftretende Frequenzverwerfung vermeiden, so wird man die zusätzliche Phasenverschiebung so wählen, dass der Frequenzverwerfung entgegengewirkt wird. Wird z. B. durch die Spannungserhöhung eine Kapazitätszunahme bewirkt, so muss die zusätzliche Phasenverschiebung eine ausgleichende induktive Komponente bringen.
Die erzeugte Phasendrehung soll weitgehend unabhängig von den inneren Kapazitäten des Transistors sein, um bei Exemplarstreuungen von Transistoren gleichmässige Resultate zu erzielen. Weiters ist aus ökonomischen Gründen anzustreben, dass die Grenzfrequenz des Transistors nicht um ein Vielfaches über der gewünschten Arbeitsfrequenz liegen muss.
Es ist ferner bekannt, dass in einer Oszillatorschaltung mit einer vom Kollektor im Verhältnis zur Schwingkreiskapazität kleinen Rückkopplungskapazität in den Emitter sich die Schwingfrequenz bei Arbeitspunktverschiebung ändert. Diese bekannte Oszillatprschaltung hat aber den Nachteil, dass der Emitter-Widerstand hochohmig sein muss, was aber wieder zur Folge hat, dass der erforderliche Phasenwinkel stark vom kapazitiven Nebenschluss der Emitter-Basis-Masse-Kapazität abhängig ist. Dieser Nachteil lie- sse sich durch Verwendung von kapazitätsarmen Transistoren mit unvergleichlich hoher Grenzfrequenz umgehen, was aber für den Verwendungszweck als unökonomisch anzusehen wäre. Bei Anwendung der Erfindung ist ein niederohmiger Emitterwiderstand anwendbar.
In der Zeichnung sind in den Fig. 1-3 Schaltungen von Ausführungsbeispielen dargestellt, ohne dass sich die Erfindung darauf beschränkt.
Die Schaltung gemäss Fig. 1 stellt ein Minimum an Einzelteilen dar und lässt durch Arbeitspunktverschiebung des Transistors eine Frequenzvariation von etwa 101o zu. Dies reicht beispielsweise völlig aus, um die automatische Zeilensynchronisation in einem Fernsehgerät zu gewährleisten. Die Erfindung lässt sich auch auf andere Regelaufgaben anwenden.
Die Schaltung zeigt einen Transistor 1, der--mit seinem Kollektor 3 an eine Induktivität 10 angeschlossen ist. Die wirksame Schwingkreiskapazität besteht aus einem kapazitiven Spannungsteiler 9,11.
Das Spannungsteilerverhältnis bestimmt den Rückkopplungsfaktor der Emitter-Rückkopplung. Das Teilerverhältnis liegt je nach Transistor und Frequenz in der Grössenordnung von etwa 1 : 10 bis 1 : 100. Da der Kondensator 11 wesentlich grösser sein muss als der Kondensator 9 ist letztgenannter als frequenzbestimmende Grösse anzusehen. Gleichzeitig kann auch der Nebenschluss des Emitter-Widerstandes 7 zum Kondensator 11 vernachlässigt werden. Der Schwingkreiskondensator 9 bildet gleichzeitig mit dem Widerstand 8 einen Phasenschieber, um die für die Frequenzregelung erforderliche Phasenverschiebung herzustellen. Der Widerstand 8 muss daher wesentlich kleiner als der Blindwiderstand des Kondensators 9 sein.
Das hat den erfindungsgemässen Vorteil, dass die innere Emitter-Basis-Kapazität 14 als kapazitiver Nebenschluss vernachlässigt werden kann und der Transistor mit seiner Grenzfrequenz nicht wesentlich über der Arbeitsfrequenz liegen muss. Die Widerstände 5, 6, 7 bestimmen die Grundeinstellung des Transistorarbeitspunktes. Die Fremdspannung, mit der der Transistor nachgeregelt oder gewobbelt werden soll, kann zwischen 12, 13 angelegt werden. Es empfiehlt sich, die Fremdspannung, wenn es sich um eine Wechselspannung handelt, gleichstromfrei, also über einen Kondensator an 12 bzw. 13 anzuschliessen, bei Steuerung mit Gleichspannung über einen Vorwiderstand, der im Teilerverhältnis 6, 5 berücksichtigt wird.
Die erfindungsgemässe Schaltung lässt sich für PNP als auch für NPN-Transistoren anwenden, daher
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sind die Pole der Betriebsspannungsquelle paarweise in Klammer gesetzt.
Weiters lässt sich die erfindungsgemässe Schaltung für den gegenteiligen Verwendungszweck, nämlich zur Erzeugung von Schwingungen hoher Frequenzkonstanz bei schwankender Betriebsspannung verwenden.
Der durch Kondensator 9 und Widerstand 8 hervorgerufene Phasenwinkel kann bei entsprechender Dimensionierung des Widerstandes 8 und eventuell, des Kondensators 13 der Änderung der dynamischen Innenkapazität bei Betriebsspannungsschwankungen entgegenwirken und die Schwingungsfrequenz annähernd konstant halten.
Fig. 2 zeigt eine Erfindungsvariante, bei der die schwingungserregende Rückkopplung über eine mit einem aus Spule 14 und Kondensator 16 bestehenden, an den Kollektor angeschlossenen Schwingkreis gekoppelter Spule 15 der Basis zugeführt wird. Die Phasenschiebung um etwa 900 erfolgt über den Kondensator 9 in den Emitter.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante, bei der die Schwingungsrückkopplungsspule 15 an den Emitter angeschlossen ist und die Phasenschiebung über einen Widerstand 17 und Kondensator 18 vom Kollektor in die Basis erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. LC-Transistoroszillator, dessen Steilheit durch Arbeitspunktverschiebung variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkopplungskanal zur Frequenzregelung zusätzlich ein phasenschiebendes Netzwerk enthält.