DE1038617B

DE1038617B - Self-excited, frequency-modulated transistor oscillator by means of an external feedback

Info

Publication number: DE1038617B
Application number: DES53198A
Authority: DE
Inventors: Lothar Goller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-04-18
Filing date: 1957-04-18
Publication date: 1958-09-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mittels einer äußeren Rückkopplung selbsterregten Transistor-Oszillator, in dessen Emitter- und/oder Kollektorstromkreis eine Modulationsspannung eingeschleift ist, die zur Änderung der in den frequenzbestimmenden Schwingkreis des Oszillators einbezogenen Basis-Kollektor-Kapazität des Transistors und damit der Frequenz der erzeugten Hochfrequenzschwingungen dient.The invention relates to a self-excited transistor oscillator by means of an external feedback, a modulation voltage is looped into the emitter and / or collector circuit, which to change the base-collector capacitance included in the frequency-determining resonant circuit of the oscillator of the transistor and thus the frequency of the high-frequency oscillations generated serves.

Bei derartigen Schaltungen, die beispielsweise zur Erzeugung frequenzmodulierter Hochfrequenzwellen dienen, zeigt sich, daß die Abhängigkeit der Frequenz von der Modulationsspannung nur in einem relativengen Bereich hinreichend linear ist.In such circuits, for example for generating frequency-modulated high-frequency waves serve, it turns out that the dependence of the frequency on the modulation voltage only in a relative way Area is sufficiently linear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, auf dem es möglich ist, dieser Schwierigkeit zu begegnen.The invention is based on the object of providing a way in which it is possible to do this Difficulty encountered.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der einleitend beschriebenen Art gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß in die Rückkopplungsleitung des Oszillators eine Impedanz, vorzugsweise ein ohmscher Widerstand derartigen Wertes eingeschaltet ist, daß die Frequenzänderung in Abhängigkeit von der Modulation wenigstens nahezu linear verläuft.This object is achieved with a circuit arrangement of the type described in the introduction according to the invention solved in such a way that in the feedback line of the oscillator an impedance, preferably an ohmic Resistance is turned on such a value that the frequency change as a function of the Modulation is at least almost linear.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.

Die Fig. 1 zeigt das Ersatzschaltbild eines Transistors, beispielsweise eines Spitzentransistors oder eines Flächentransistors. Mit 1 ist hierbei der Anschluß der Emitterelektrode, mit 2 der Anschluß der Kollektorelektrode und mit 3 und 4 der Basisanschluß des Transistors bezeichnet, hll, hl2, Λ21 und h22 sind die zur vollständigen Beschreibung des Transistorverhaltens im Ersatzschaltbild in an sich bekannter Weise erforderlichen Vierpolparameter, die von den elektrischen Kenngrößen des Transistors abhängen (vgl. z. B. Meinke/Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag, Berlin, 1956, S. 569 bis 576). Die zwischen den Anschlüssen 2 und 4 auftretende Kapazität wird als die Kollektor-Basis-Kapazität Cc bezeichnet. Es ist das die Sperrschichtkapazität der Diodenstrecke des Transistors, die in Sperrichtung betrieben wird.1 shows the equivalent circuit diagram of a transistor, for example a tip transistor or a junction transistor. 1 is in this case the connection of the emitter electrode, designated 2 the connection of the collector electrode and with 3 and 4, the base terminal of the transistor, hll, hl2, Λ21 and h22 are the times required for a complete description of the transistor behavior in the equivalent circuit diagram in a conventional manner quadripole parameters, which depend on the electrical parameters of the transistor (cf. z. B. Meinke / Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag, Berlin, 1956, pp. 569 to 576). The capacitance occurring between the terminals 2 and 4 is referred to as the collector-base capacitance Cc . It is the junction capacitance of the diode path of the transistor, which is operated in the reverse direction.

Bei der Erfindung wird nun davon ausgegangen, daß diese Kollektor-Basis-Kapazität im Gegensatz zu der Emitter-Basis-Kapazität zwischen den Anschlüssen 1 und 3 (die durch die Sperrschichtkapazität der in Durchlaßrichtung betriebenen Diodenstrecke des Transistors gebildet wird) bei den derzeit zur Verfügung stehenden Transistoren einen brauchbaren Wert besitzt und ähnlich wie bei einer normalen Diode von den Betriebsspannungen bzw. Strömen abhängig ist. Die Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Kollektor-Basis-Kapazität Cc von dem Strom Ie der Emitter-Mittels einer äußeren RückkopplungIn the invention, it is now assumed that this collector-base capacitance, in contrast to the emitter-base capacitance between the terminals 1 and 3 (which is formed by the junction capacitance of the diode path operated in the forward direction of the transistor) is currently available standing transistors has a useful value and is dependent on the operating voltages and currents, similar to a normal diode. 2 shows the dependence of the collector-base capacitance Cc on the current Ie of the emitter means of an external feedback

selbsterregter, frequenzmodulierterself-excited, frequency-modulated

Transistor-OszillatorTransistor oscillator

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Lothar Goller, München,
ist als Erfinder genannt wordenLothar Goller, Munich,
has been named as the inventor

elektrode und die Fig. 3 die Abhängigkeit von Cc von der Spannung Ucb zwischen der Basis und dem Kollektor. Von der Kollektorspannung (Fig. 3) hängt die Kapazität Cc etwa hyperbolisch ab, während sie sich mit einem wesentlich flacheren linearen Verlauf in Abhängigkeit vom Emitterstrom ändert. Es ist also durch Änderung des Emitterstromes und/oder des Kollektorstromes bzw. der Kollektorspannung möglich, die Kapazität Cc in ihrem Wert zu steuern.electrode and FIG. 3 shows the dependence of Cc on the voltage Ucb between the base and the collector. The capacitance Cc depends approximately hyperbolically on the collector voltage (FIG. 3), while it changes with a much flatter linear profile as a function of the emitter current. It is therefore possible to control the value of the capacitance Cc by changing the emitter current and / or the collector current or the collector voltage.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Fig. 4, die einen selbsterregten Oszillator mit einem Transistor wiedergibt, dessen Anschlüsse analog dem Ersatzschaltbild nach Fig. 1 bezeichnet sind. Zwischen den Kollektoranschluß 2 und die Betriebsspannungsquelle Ucb= ist ein Parallelresonanzkreis, bestehend aus der Induktivität 6 und der Kapazität 7 in Reihe mit einem Arbeitswiderstand 5 geschaltet. Die Kapazität 16 dient zur Verblockung des Betriebsspannungsanschlusses gegen die Basis des Transistors. Von dem Parallelresonanzkreis 6, 7 wird über eine Anzapfung der Induktivität 6 und eine Kapazität 8 unter Zwischenschaltung eines Linearisierungswiderstandes 9 die Rückkopplungsspannung abgezweigt und zur Emitterelektrode 1 geführt, die ihrerseits über den Widerstand 15 mit der nötigen Gleichspannung gespeist wird. Die Modulation wird von der Modulationsspannungsquelle 10 über einen Widerstand 11 und einen Koppelkondensator 12 in den Emitterstromkreis eingeschleift. Die steuerbare Kapazität Cc — die in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnet ist — liegt parallel zu dem Parallelresonanzkreis 6, 7.An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 4, which shows a self-excited oscillator with a transistor, the connections of which are designated analogously to the equivalent circuit diagram according to FIG. A parallel resonance circuit consisting of the inductance 6 and the capacitance 7 in series with a working resistor 5 is connected between the collector connection 2 and the operating voltage source Ucb =. The capacitance 16 is used to block the operating voltage connection to the base of the transistor. The feedback voltage is branched off from the parallel resonance circuit 6, 7 via a tap of the inductance 6 and a capacitance 8 with the interposition of a linearization resistor 9 and fed to the emitter electrode 1, which in turn is fed with the necessary DC voltage via the resistor 15. The modulation is looped into the emitter circuit from the modulation voltage source 10 via a resistor 11 and a coupling capacitor 12. The controllable capacitance Cc - which is shown in dashed lines in FIG. 4 - lies parallel to the parallel resonance circuit 6, 7.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 4 ist wie folgt. Über die Rückkopplungseinrichtung 8,9 erfolgt eine selbsterregte Anfachung der gesamten Schwingschaltung, so daß am Parallelresonanzkreis 6,7The mode of operation of the arrangement according to FIG. 4 is as follows. The feedback device 8, 9 takes place a self-excited expansion of the entire oscillating circuit, so that the parallel resonance circuit 6.7

809 637/353809 637/353

eine dessen Resonanzfrequenz entsprechende Hochfrequenzspannung zur Verwertung zur Verfügung steht. Der Widerstand 5 sei zunächst nicht vorhanden, ebenso wie der Widerstand 9, da diese beiden Widerstände an der prinzipiellen Arbeitsweise nichts ändern. Fernerhin sei zunächst die angeschaltete Modulationsspannungsquelle weggedacht und die Modulation der Kollektorgleichspannung Ucb= überlagert. Die Kapazität Cc ändert sich dann entsprechend der in Fig. 2 schematisch gezeigten Kurve. Entsprechend wird auch die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises 6, 7 geändert. Dabei ergibt sich in einem relativ weiten Bereich eine lineare Änderung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Kollektorspannung Uc, was in dem Einfluß einer Kapazitätsänderung auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises bedingt ist. Gleichfalls ergäbe sich eine Änderung der Kapazität Cc, wenn entsprechend der in der Fig. 3 gezeigten Kurve lediglich der Emitterstrom Ie geändert würde. Das wäre beispielsweise durch die gezeigte Anschaltung der Modulationsquelle 10 beim Allsführungsbeispiel nach Fig. 4 möglich.a high-frequency voltage corresponding to its resonance frequency is available for use. The resistor 5 is initially not present, as is the resistor 9, since these two resistors do not change the basic mode of operation. Furthermore, the switched-on modulation voltage source is initially thought away and the modulation of the collector DC voltage Ucb = superimposed. The capacitance Cc then changes in accordance with the curve shown schematically in FIG. The resonance frequency of the parallel resonance circuit 6, 7 is also changed accordingly. This results in a linear change in the resonance frequency in a relatively wide range as a function of the collector voltage Uc, which is due to the influence of a change in capacitance on the resonance frequency of the resonance circuit. Likewise, there would be a change in the capacitance Cc if, in accordance with the curve shown in FIG. 3, only the emitter current Ie were changed. This would be possible, for example, by connecting the modulation source 10 shown in the general implementation example according to FIG. 4.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird indes noch einen Schritt weitergegangen, indem der Transistor zugleich zur Verstärkung für die Modulationsspannung U mod ausgenutzt wird. Zu diesem Zweck ist der Arbeitswiderstand 5 in Reihe mit dem Parallelresonanzkreis 6,7 vorgesehen. Der Arbeitswiderstand 5 ist beispielsweise ein ohmscher Widerstand in der Größenordnung von 100 Ohm bis zu etwa 1 Kiloohm. Zur hochfrequenten Verblockung kann zusätzlich eine Kapazität 13 vorgesehen werden, die — bei Verstärkung einer ganz bestimmten Frequenz — durch eine Induktivität 14 zu einem Parallelresonanzkreis für diese Modulationsspannung ergänzt werden kann. In diesem Fall kann der Widerstand 5 entfallen.In this exemplary embodiment, however, one step further is taken in that the transistor is also used to amplify the modulation voltage U mod . For this purpose, the working resistor 5 is provided in series with the parallel resonance circuit 6.7. The working resistance 5 is, for example, an ohmic resistance in the order of magnitude of 100 ohms up to about 1 kiloohm. For high-frequency blocking, a capacitance 13 can also be provided, which - if a very specific frequency is amplified - can be supplemented by an inductance 14 to form a parallel resonance circuit for this modulation voltage. In this case the resistor 5 can be omitted.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Durch Zuführung einer im allgemeinen relativ geringen Modulationsspannung zur Emitterelektrode 1 tritt an dem Arbeitswiderstand 5 eine wesentlich verstärkte Modulationsspannung auf. Diese verstärkte Modulationsspannung liegt in Reihe mit der Kollektorgleichspannung Ucb= und bewirkt eine Änderung der Kapazität Cc im Sinne des Schaubildes nach Fig. 2. Es ergibt sich dann ein Verlauf der Frequenzänderung der erzeugten Hochfrequenzschwingungen, wie es in Fig. 5 für ein spezielles Ausführungsbeispiel dieser Art wiedergegeben ist. So war es bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise möglich, mit einer dem Emitter zugeführten Modulationsspannung von — 50 mV bis +5OmV eine Durchsteuerung der Frequenz in dem gezeigten Bereich zu erhalten, wobei zur Linearisierung der Modulationsspannungsverstärkung und damit der Abhängigkeit der Frequenz der erzeugten Schwingungen von der Modulationsspannung der eine Gegenkopplung bewirkende Widerstand 9 in die Rückkopplungsleitung eingeschaltet wurde. Je größer dieser Widerstand gewählt ist, um so stärker ist die Gegenkopplung, um so geringer werden der Frequenzhub pro Spannungseinheit der Modulationsspannung und um so linearer die Modulationskennünie. The mode of operation of this arrangement is as follows: By supplying a generally relatively low modulation voltage to the emitter electrode 1, a significantly increased modulation voltage occurs at the load resistor 5. This amplified modulation voltage is in series with the collector DC voltage Ucb = and causes a change in the capacitance Cc in the sense of the diagram according to FIG Art is reproduced. In this embodiment, for example, it was possible to use a modulation voltage of -50 mV to + 50 mV supplied to the emitter to control the frequency in the range shown, with the linearization of the modulation voltage gain and thus the dependence of the frequency of the generated oscillations on the modulation voltage the resistor 9 causing a negative feedback was switched into the feedback line. The greater this resistance is selected, the stronger the negative feedback, the smaller the frequency deviation per voltage unit of the modulation voltage and the more linear the modulation characteristic.

- _ Gegebenenfalls empfiehlt es sich, bei unerwünschter Änderung der Amplitude der am Parallelresonanzkreis 6, 7 entstehenden Hochfrequenzspannung in Abhängigkeit von der Modulationsspannungsamplitude in an sich bekannter Weise einen Amplitudenbegrenzer nachzuschalten. Die Anordnung arbeitet dann als frequenzmodulierter Oszillator mit konstanter Ausgangsamplitude. - _ It may be advisable if you do not want to Change in the amplitude of the high-frequency voltage generated at the parallel resonance circuit 6, 7 as a function of an amplitude limiter from the modulation voltage amplitude in a manner known per se downstream. The arrangement then works as a frequency-modulated oscillator with a constant output amplitude.

Die erwähnte unmittelbare Einspeisung der Modulationssspannung in die Kollektorzuleitung kann beispielsweise derart geschehen, daß an Stelle des Widerstandes 5 die Sekundärwicklung eines Übertragers eingefügt wird, der primärseitig mit der Modulationsspannung gespeist wird. Es kann auch der Arbeitswiderstand 5 den Arbeitswiderstand eines gretrennten Modulationsverstärkers bilden. Es ist auch mit Vorteil möglich, die Modulationsspannung in die Basiszuleitung des Transistors einzuschleifen.The mentioned direct feeding of the modulation voltage into the collector lead can for example done in such a way that instead of the resistor 5, the secondary winding of a transformer is inserted, which is fed with the modulation voltage on the primary side. It can also be the work resistance 5 form the working resistance of a separate modulation amplifier. It's also beneficial possible to loop the modulation voltage into the base lead of the transistor.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine sogenannte Basisschaltung. Der Erfindungsgegenstand ist hierauf keinesfalls beschränkt, sondern kann in gleicher Weise auch bei anderen Schaltungsarten, z. B. einer Emitter- oder einer Kollektorschaltung, angewendet werden. Die steuerbare Kapazität wird auch hierbei zweckmäßig durch die Sperrschichtkapazität einer in Sperrichtung betriebenen Diodenstrecke des Transistors gebildet, da bei den derzeit zur Verfügung stehenden Transistoren diese einen für die Zwecke der Erfindung besonders günstigen Wert hat.The exemplary embodiment relates to a so-called basic circuit. The subject of the invention is by no means restricted to this, but can also be used in the same way for other types of circuit, z. B. an emitter or a collector circuit can be used. The controllable capacity will in this case, too, expediently through the junction capacitance of a diode path operated in the reverse direction of the transistor, because with the currently available transistors this one for the Purposes of the invention has particularly favorable value.

Claims

Patent claims:

1. By means of an external feedback self-excited transistor oscillator, in whose emitter and / or collector circuit a modulation voltage is looped in, which is used to change the Base-collector capacitance included in the frequency-determining resonant circuit of the oscillator of the transistor and thus the frequency of the generated high-frequency oscillations is used, thereby characterized in that in the feedback line of the oscillator an impedance, preferably an ohmic resistance of such a value is switched on that the frequency change as a function of of the modulation is at least almost linear.

2. Transistor oscillator according to claim 1, characterized in that with emitter modulation a working resistor for the modulation in the collector circuit in a manner known per se is switched on.

Considered publications:
U.S. Patents Nos. 2,570,939, 2,666,902,
2 771584;

"Funkschau", 1956, no. 21, p. 901.

1 sheet of drawings