DE1090727B

DE1090727B - Frequency switching of crystal-controlled oscillators by means of semiconductor diodes

Info

Publication number: DE1090727B
Application number: DED31344A
Authority: DE
Inventors: Max Sattler; Alfred Schaumberger
Original assignee: Deutsche Bundesbank
Current assignee: Deutsche Bundesbank
Priority date: 1959-08-22
Filing date: 1959-08-22
Publication date: 1960-10-13

Description

Die Frequenzumschaltung quarzgesteuerter Funkgeräte kann im allgemeinen nicht in unmittelbarer Nähe der Quarze erfolgen, da die Bedienungsgeräte meist abgesetzt von Sender undEmpf anger angeordnet werden müssen. Die dadurch bedingte Fernumschaltung der Quarze wurde bisher mit Relais ausgeführt. Die hohen Anforderungen an diese Relais in bezug auf Kontaktfederkapazitäten, Kontaktmaterial hinsichtlich Temperaturbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einflüsse, Schaltleistungsbedarf und Abmessungen konnten nicht immer voll erfüllt werden.The frequency switching of quartz-controlled radio devices can generally not be done in the immediate Close to the crystals, as the operating devices are usually arranged separately from the transmitter and receiver Need to become. The remote switching of the quartz crystals that this caused was previously carried out with relays. The high demands placed on these relays in terms of contact spring capacities and contact material Temperature resistance and resistance to chemical influences, switching power requirements and dimensions could not always be fully met.

Die neuartige Umschaltung der Quarze erfolgt nach der vorliegenden Erfindung mittels Halbleiterdioden. Diese vereinigen in der gewählten Schaltanordnung nahezu alle Eigenschaften eines idealen Relais in sich. Die Umschaltung erfolgt kontaktlos, chemische Einflüsse und Temperaturschwankungen von —40 bis + 125° C sind unwirksam, der Schaltleistungsbedarf liegt weit unter dem eines Relais, die Abmessungen einschließlich der zugehörigen Schaltelemente sind äußerst gering, und die Lebensdauer ist unbegrenzt. Es sind schon verschiedene Schaltungen bekannt, in denen Halbleiterdioden zur Umschaltung von Quarzen verwendet werden.The novel switching of the crystals takes place according to the present invention by means of semiconductor diodes. In the selected switching arrangement, these combine almost all the properties of an ideal relay. The switchover is contactless, chemical influences and temperature fluctuations from -40 to + 125 ° C are ineffective, the switching power requirement is far below that of a relay, the dimensions including the associated switching elements are extremely small, and the service life is unlimited. Various circuits are already known in which semiconductor diodes are used to switch from Crystals are used.

Bei der einen Art handelt es sich um Serienresonanzschaltungen, die aber überall dort nicht angewendet werden können, wo bereits bestehende Parallelresonanzschaltungen auf die Umschaltung mit Halbleiterdioden umgestellt werden sollen, ohne neue Quarze verwenden zu müssen.One type is series resonance circuits, but they are not used everywhere there can be where already existing parallel resonance circuits switch to semiconductor diodes should be changed over without having to use new crystals.

Bei der anderen Art erfolgt die Schaltspannungszuführung für die Dioden am masseseitigen Quarzanschluß über Hochfrequenzdrosseln, die sich besonders bei Oszillatoren mit einer größeren Anzahl von umzuschaltenden Quarzen als sehr nachteilig erweisen. Abgesehen von den großen räumlichen Ausmaßen bei niedriger Oszillatorfrequenz, haben die Hochfrequenzdrosseln den weiteren Nachteil, daß sie über die Kapazität der nicht eingeschalteten Quarze zum jeweils eingeschalteten Quarz parallel liegen und damit eine erhebliche Verstimmung der Frequenz und eine Verringerung des Schwingstromes zur Folge haben. Außerdem besteht die Gefahr, daß der Quarz in einer Nebenresonanz erregt wird.In the other type, the switching voltage supply for the diodes takes place at the quartz connection on the ground side via high-frequency chokes, which are particularly useful for oscillators with a larger number of Switchable crystals prove to be very disadvantageous. Apart from the large spatial dimensions low oscillator frequency, the high frequency chokes have the further disadvantage that they have the The capacitance of the crystals that are not switched on are parallel to the crystal that is switched on and thus result in a considerable detuning of the frequency and a reduction in the oscillating current. There is also the risk that the quartz will be excited in a secondary resonance.

In der erfindungsgemäßen Schaltanordnung werden die Quarze in Pierce-Schaltung über zwei Dioden derart geschaltet, daß die eine Diode (kleine Kapazität in Sperrichtung und geringer differentieller Durchlaßwiderstand) den betreffenden Quarz hochfrequenzmäßig an Masse schaltet, während die andere Diode (sehr kleine Kapazität in Sperrichtung) der Schaltstromzuführung dient. Um die störende Diodenkapazität auf einen möglichst kleinen Wert herabzu-In the switching arrangement according to the invention, the crystals are in Pierce circuit via two diodes connected in such a way that the one diode (small capacitance in the reverse direction and less differential Forward resistance) switches the quartz in question to ground in terms of high frequency, while the other Diode (very small capacitance in reverse direction) is used for switching power supply. About the annoying diode capacitance to the lowest possible value

FrequenzumschaltungFrequency switching

quarzgesteuerter Oszillatorencrystal controlled oscillators

mittels Halbleiterdiodenby means of semiconductor diodes

Anmelder:Applicant:

Deutsche Bundesbahn,German Federal Railways,

vertreten durch dasrepresented by the

Bundesbahn-Zentralamt Minden,Federal Railway Central Office Minden,

Minden (Westf.), Weserglacis 2Minden (Westphalia), Weserglacis 2

Max Sattler, München,Max Sattler, Munich,

und Alfred Schaumberger, Olching,and Alfred Schaumberger, Olching,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

setzen, wird an die nicht eingeschalteten Diodenpaare eine hohe Sperrspannung angelegt. Diese Sperrspannung wird den Dioden über hochohmige Widerstände zugeführt, so daß sie beim Einschalten des Schaltstromes durch den geringen Innenwiderstand dieser Stromquelle zusammenbricht.set, a high reverse voltage is applied to the diode pairs that are not switched on. This reverse voltage is fed to the diodes via high-ohmic resistors, so that when the Switching current breaks down due to the low internal resistance of this power source.

In der Figur ist die prinzipielle Schaltung dargestellt: The basic circuit is shown in the figure:

Die QuarzeKl, K2, K3 sind gitterseitig miteinander verbunden, im Fußpunkt liegen sie über die zugehörigen Dioden D1, D2, D 3 an Masse. Über den Frequenzbereichschalter Sl (Stellung 1, 2, 3 entsprechend Frequenzbereich 1, 2, 3) treibt die Spannung Ul in der gezeichneten Schalterstellung einen Strom durch die Diode D 3. Damit wird diese Diode sehr niederohmig, der Fußpunkt des Quarzes K 3 liegt an Masse, der Oszillator schwingt auf der Frequenz des Quarzes K 3.The crystals Kl, K2, K 3 are connected to one another on the grid side, at the base they are connected to ground via the associated diodes D1, D2, D 3. Over the frequency range switch Sl (position 1, 2, 3 corresponding to the frequency range 1, 2, 3) drives the voltage Ul in the illustrated switch position a current through the diode D 3. To ensure that this diode is very low impedance, the base of the quartz K 3 is connected Ground, the oscillator oscillates at the frequency of the crystal K 3.

Die beiden anderen Frequenzbereiche werden über die Widerständet7, RIl und RS, R12 durch die Dioden D 4, Dl und D 5, D 2 mit Hilfe der Spannung U2 gesperrt, so daß nur noch die geringe Diodenkapazität und der hohe Diodensperrwiderstand wirksam bleiben. Diese Rückwirkung ist unbedeutend, da die Quarze im allgemeinen durch eine zusätzliche Parallelkapazität auf ihren Sollwert gezogen werden und der wirksame Gitterwiderstand um mehr als eine Größenordnung unter dem Diodensperrwiderstand liegt.The other two frequency ranges are blocked via the resistors 7, RIl and RS, R12 by the diodes D 4, Dl and D 5, D 2 with the aid of the voltage U2 , so that only the low diode capacitance and the high diode blocking resistance remain effective. This reaction is insignificant, since the crystals are generally pulled to their nominal value by an additional parallel capacitance and the effective grid resistance is more than an order of magnitude below the diode blocking resistance.

009 627/298009 627/298

Der Vorwiderstand R13 begrenzt den Diodenstrom auf den vorgeschriebenen Wert und verhindert in Verbindung mit der Kapazität C Z, daß Hochfrequenzreste in die Zuleitung zum Frequenzbereichschalter gelangen können. Dieses gilt entsprechend für RIl, RVZ sowie Cl, C2 in den anderen beiden Frequenzbereichen. Die Dioden D*k, D 5 haben die Aufgabe, die Quarzkapazitäten — und die nicht eingezeichneten Trimmkapazitäten — abzuriegeln, da diese sonst über die Widerstände R11 bzw. R12 parallel zum eingeschalteten Quarz K 3 liegen wurden. Die Diode D 6 hat die gleiche Aufgabe, wenn ein anderer Frequenzbereich eingeschaltet wird. Die WiderständeR7, RS und R9 haben den Zweck, den Dioden in den nicht eingeschalteten Bereichen die Sperrspannung zuzuführen. The series resistor R 13 limits the diode current to the prescribed value and, in conjunction with the capacitance CZ, prevents high-frequency residues from getting into the supply line to the frequency range switch. This applies accordingly to RIl, RVZ and Cl, C2 in the other two frequency ranges. The diodes D * k, D 5 have the task of isolating the quartz capacitances - and the trimming capacitances, which are not shown - since these would otherwise be parallel to the switched-on quartz K 3 via the resistors R 11 and R12. The diode D 6 has the same task when a different frequency range is switched on. The resistors R7, RS and R9 have the purpose of feeding the reverse voltage to the diodes in the areas that are not switched on.

Damit die Spannungsverteilung in der Sperrichtung annähernd gleich wird, liegen parallel zu den Dioden die HochohmwiderständeR1 bis R6. So that the voltage distribution in the reverse direction is approximately the same, the high-ohmic resistors R 1 to R6 are parallel to the diodes.

Sind Spannungen mit umgekehrter Polarität vorhanden, so sind lediglich die Dioden umzupolen.If voltages with reversed polarity are present, only the polarity of the diodes has to be reversed.

Claims

Patent claims:

1. Switching arrangement for switching the frequency of Pierce oscillators, the crystals being switched at the ground connection by means of semiconductor diodes, characterized in that further semiconductor diodes (D 4> DS, D 6) are switched on in the switching power supply.

2. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the blocking voltage (Ü72) supplied via high-resistance resistors (R7, R8, R9) is short-circuited via the frequency range switch (Sl) in the switched-on frequency range.

3. Switching arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the reverse voltage is on a common series resistor is generated in the forward circuit.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1 038 127;
German utility model No. 1 711 579.

1 sheet of drawings