DD255830A1

DD255830A1 - Steuerbarer optoelektronischer oszillator

Info

Publication number: DD255830A1
Application number: DD29582586A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Wirkner
Original assignee: Schwarza Chemiefaser
Priority date: 1986-11-03
Filing date: 1986-11-03
Publication date: 1988-04-13

Abstract

Die Erfindung stellt einen Oszillator auf der Basis eines optoelektronischen Koppelelementes dar. Er zeichnet sich durch geringen Bauelementeaufwand und sicheres Anschwingen aus. Die Form der Schwingungskurve sowie ihre Frequenz kann durch Dimensionierung der Widerstaende und des Kondensators in weiten Grenzen variiert werden. Bei Nutzung des zusaetzlich vorhandenen Basisanschlusses des Fototransistors kann ueber eine dort anliegende Steuerspannung die Frequenz und die Amplitude der Schwingung stetig beeinflusst werden. Dadurch wird u. a. eine einfache Ein- und Austastung des Oszillators bzw. eine Synchronisation zu einer vorgegebenen Frequenz moeglich. Seine Funktion beruht auf der Rueckkopplung eines Teils des Ausgangs-Kollektors-Emitterstromes eines Fototransistors ueber eine Lichtemitterdiode auf dessen lichtempfindliche Basis. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Oszillatoren zur Erzeugung elektrischer Schwingungen finden in vielfältiger Weise Anwendung. Sie dienen in der Meß- und Prüftechnik zur Bereitstellung notwendiger Testsignale und in der Nachrichtentechnik zur Erzeugung von Trägersignalen für Informationen. Durch Wandlung der elektrischen Schwingungen in andere physikalische Größen ergeben sich eine Vielzahl weiterer Einsatzgebiete, beispielsweise die Tonerzeugung in der Akustik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Grundprinzip der Erzeugung elektrischer Schwingungen besteht in der Rückkopplung des Ausgangssignals eines aktiven Verstärkerelementes auf dessen Eingang. Voraussetzung ist die Phasenglei.chheit des Eingangssignales mit dem Ausgangssignal. Im einfachsten Falle kann als Verstärkerelement ein Transistor verwendet werden. Da erzwischen Eingangsund Ausgangssignal eine Phasenverschiebung von 180° erzeugt, muß durch eine entsprechende Schaltungsanordnung im Rückkopplungszweig eine weitere Phasendrehung von 180° realisiert werden, um die Gleichphasigkeit wieder herzustellen. Dies geschieht durch mehrere RC-Glieder oder induktive Übertrager im Rückkopplungszweig, wie beispielsweise beim Meißner-Oszillator.

Die Einspeisung des Eingangssignals erfolgt bei Transistoren üblicherweise als Stromzuführung in die Basis. Das Ausgangssignal wird in der Regel als Spannungsabfall über einen, im Kollektor-Emitter-Zweig angeordneten Widerstand ausgekoppelt. '

Zum Zweck der Potentialtrennung von Eingangs- und Ausgangssignaien werden optoelektronische Koppelelemente, sogenannte Optokoppler, bestehend aus einer lichtemittierenden Diode und einem lichtempfindlichen Transistor verwendet. Bei diesen Bauelementen wird mittels eines Stromflusses durch die Diode ein Lichtstrom emittiert, der auf die lichtempfindliche Basis eines mitintegrierten Transistors wirkt. So wird der gleiche Effekt wie bei einer direkten Stromeinspeisung in die Basis des Transistors erzielt.

Mit Hilfe dieser Bauelemente ist es möglich, aus dem dem Ausgangssignal analogen Kollektor-Emitterstrom, einen Teilstrom abzuleiten, der über die Lichtemitterdiode die Rückkopplung bewirkt.

Dieses Prinzip findet bereits Anwendung in der DE-OS 3014886 A1. Auf Grund der dort realisierten Schaltungsanordnung von Emitterdiode und Fototransistor besteht zwischen Kbllektorstrom des Fototransistors und dem Strom durch die Emitterdiode eine entgegengesetzte Phasenlage, d.h. bei ansteigendem Kollektorstrom verringert sich der Diodenstrom bzw. umgekehrt. Dadurch wird bei dieser Schaltungsanordnung eine zusätzliche Phasendrehung notwendig.

Die geforderte Gleichphasigkeit wird bei Verwendung einer einzelnen Kapazität oder Induktivität im Rüekkopplungszweig allerdings nur bei sehr hohen Frequenzen erzielt, wenn die in Diode und Transistor vorhandenen Sperrschichtkapazitäten einen wesentlichen Anteil an der notwendigen Phasendrehung beisteuern. Der o.g. Oszillator weist ein sehr kritisches Anschwingverhalten und einen geringen nutzbaren Frequenzbereich auf.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Realisierung eines Oszillators für elektrische Schwingungen mit einem sicheren Anschwing verhalten in einem breiten durch Dimensionierung einstellbaren Frequenzbereich bei minimalem Bauelementenaufwand.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Wesen der Erfindung besteht in der einfachen Ableitung eines dem Ausgangssignal eines Verstärkerbauelementes phasengleichen Rückkopplungssignales und dessen Wiedereinspeisung an diesem. .

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Anteil des Gesamt-Kollektor-Emitterstromes eines Fototransistors durch eine Lichtemitterdiode fließt und in ihr ein der Teilstromstärke proportionaler Lichtstrom erzeugt wird. Auf Grund der gemeinsamen Anordnung von Lichtemitterdiode und Fototransistor in einem Optokoppler gelangt dieser Lichtstrom direkt auf die Basis des Fototransistors und bewirkt dadurch eine direktproportionale bzw. zum Ausgangsstrom phasengleiche Beeinflussung des Eingangs des Transistors.

Durch diese Anordnung wird mit geringen Bauelementen die Schwingungsbedingung der phasengleichen Rückkopplung (Mitkopplung) an einem Transistor erfüllt.

Da bei derartigen optoelektronischen Koppelelementen in der Regel auch der Basisanschluß des Fototransistors zur Verfugung steht, kann dieser Anschluß in einfacher Weise zur Steuerung der Amplitude und der Frequenz der erzeugten Schwingung genutzt werden.

Ausführungsbeispiel

Als Beispiel soll die Realisierung des erfindungsgemäßen Oszillators an Hand der Figuren 1 und 2 näher erläutert werden- · Kernstück des Oszillators ist ein optoelektronisches Koppelelement, bestehend aus der Lichtemitterdiode D und dem Fototransistor T. Entsprechend Figur 1 wird die Diode D über den Begrenzungswiderstand R zwischen Betriebsspannung +Ug und Bezugspotential geschaltet. Der Transistor T wird ebenfalls über einen Lastwiderstand Rl zwischen Betriebsspannung +Ub und Bezugspotential geschaltet. Die Rückkopplung eines Teiles des Kollektor-Emitterstromes des Transistors T auf die Diode D erfolgt über den Kondensator C in der Weise, daß dieser zwischen Widerstand Rund Diode D. einerseits und zwischen Transistor T und Widerstand R_L andererseits angeschlossen wird

Die Funktion des Oszillators ist entsprechend Figur 1 folgende:

Nimmt man an, daß zu einem beliebigen Zeitpunkt der Transistor T gesperrt ist, erhält die Diode D über den Widerstand R Strom und wird zu einer der Stromstärke proportionalen Lichtemission angeregt. Durch diese Maßnahme wird der Transistor T leitend und liefert über den Kondensator C einen weiteren Stromanteil durch die Diode D. Dieser bewirkt ein weiteres Öffnen des Transistorsund eine weitere Zunahme des Diodenstromes. Dieser progressivverlaufende Vorgang hält solange an, bis. sich der Transistor T voll öffnet und der Kondensator C voll umgeladen ist und über ihn kein Stromfluß mehr erfolgt. Der daraufhin auch wieder geringer werdende Gesamtstrom durch die Diode D verursacht ein zunehmendes Schließen des Transistors T, und der Kondensator C wird über die Widerstände R und R_L erneut umgeladen. Mit geringer werdendem Umladestrom über den Kondensator C vergrößert sich der Stromfluß über die Diode D wieder und der Vorgang beginnt von neuem. Entsprechend Figur 2 kann der vorhandene Basisanschluß an Fototransistor T zusätzlich dazu genutzt werden, durch eine entsprechende Steuerspannung U_stdie Amplitude und die Frequenz der Schwingung zu beeinflussen. Im einfachsten Falle kann der Oszillator dadurch ein- und ausgetastet werden. Allgemein läßt sich so ein Modulator mit selbsterzeugender Trägerschwingung realisieren. Durch entsprechende Dimensionierung von R, R_L und C und damit der Variationsmöglichkeit der Zeitkonstante des RC-Gliedes sind beliebige Kurvenformen und Frequenzen bis hin zur oberen Grenzfrequenz des verwendeten Optokopplers wählbar.

Claims

1. Steuerbarer optoelektronischer Oszillator zur Erzeugung elektrischer Schwingungen, gekennzeichnet dadurch, daß die Serienschaltung eines Widerstandesund einer lichtemittierenden Diode eines optoelektronischen Koppelelementes und die Serienschaltung eines zweiten Widerstandes mit der Kollektor-Emitterstrecke des Fototransistors des optoelektronischen Koppelelementes an eine gemeinsame Betriebsspannung angeschlossen werden, so daß sich die Diode und derTransistor in Durchlaßrichtung befinden, die Widerstände beider Reihenschaltungen an den entgegengesetzten Polen der Betriebsspannung angeschlossen werden, daß sich zwischen den Verknüpfungspunkt des ersten Widerstandes mit der Diode und dem Verknüpfungspunkt des zweiten Widerstandes mit. dem Transistor ein frequenzabhängiger Widerstand angeordnet wird, und daß der Basisanschluß des Fototransistors zur Steuerung von Frequenz und Amplitude der Schwingung frei zur Verfügung steht.

2. Steuerbarer optoelektronischer Oszillator nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mit dem Transistor in Reihe geschaltete Widerstand durch den Lastwiderstand eines Verbrauchers realisiert wird.