DE1114854B

DE1114854B - Quarzstabilisierter, frequenzmodulierbarer Oszillator

Info

Publication number: DE1114854B
Application number: DEP24174A
Authority: DE
Inventors: Otto Rusy
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1959-12-30
Filing date: 1959-12-30
Publication date: 1961-10-12
Also published as: GB958789A; US3154753A

Description

Bei Vielkanal-Frequenzmodulations-Übertragungssystemen wird für die Frequenzstabilisierung oft gemeinsam für Sender und Empfänger ein Kristallbezugssystem benutzt. Sowohl im Sender als auch im Empfänger ist dann ein frei schwingender Oszillator vorgesehen, dessen Frequenz über einen Phasenvergleich genau auf die vom Kristallbezugssystem aufgebaute Frequenz nachgestimmt wird. Für den Sender ist zusätzlich noch die Frequenzmodulation aufzubringen. Dies kann in bekannter Weise durch Phasenmodulation und Vervielfachung geschehen. Als Nachteil ist jedoch die Möglichkeit vieler Nebenfrequenzen zu nennen.

Es ist ferner bekannt, an einen quarzstabilisierten Oszillator eine Blindröhre zur Steuerung der Schwingfrequenz parallel zu schalten. Jedoch sind hierbei größere Klirrfaktoren der Modulation, insbesondere bei größeren Hüben, nicht zu vermeiden, oder die stabilisierende Wirkung des Quarzkreises ist derart vermindert, daß die gewünschte Frequenzkonstanz nicht mehr gewährleistet ist.

Weiterhin sind frequenzmodulierbare Oszillatoren bekannt, bei denen mit Hilfe eines Leitungsstückes oder eines elektrischen Netzwerkes, dessen elektrische Eigenschaften denen einer l'A-Leitung oder Vielfachen davon entsprechen, die Serienresonanz eines piezoelektrischen Kristalls invers transformiert wird und zusammen mit einem steuerbaren Blindleitwert sowie einem negativen Widerstand zur Schwingungserzeugung bzw. deren Stabilisierung benutzt wird.

Die nach diesem Prinzip aufgebauten Oszillatoren weisen jedoch einige Mängel auf, die eine technische Anwendung sehr erschweren. So ist z. B. die Mittenfrequenzstabilität eines solchen Oszillators nicht genügend, um den derzeit z. B. bei fahrbaren und tragbaren Funksprechgeräten üblichen Forderungen einer zulässigen Abweichung von 2,5 · 10~^ä im Gesamt-Temperaturgebiet gerecht zu werden. Weiterhin wird teilweise eine Variation des steuerbaren Blindleitwertes benötigt, die technisch nicht realisierbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen quarzstabilisierten frequenzmodulierbaren Oszillator mit einem zur Stabilisierung angekoppelten Quarz, bei dem eine sehr große Frequenzkonstanz mit sehr geringem Klirrfaktor bei großen Hüben gegeben ist, mit einem Kopplungsnetzwerk zwischen Quarz und Oszillator. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Köpplungsnetzwerk aus einem kritisch oder unterkritisch gekoppelten Bandfilter besteht, bei dem die ~;~- Impedanz des dem Quarz parallel liegenden Resonanzkreises so groß wie möglich gewählt ist und dieser Resonanzkreis durch einen Widerstand bedämpft ist, Quarzstabilisierter, frequenzmodulierbarer Oszillator

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Otto Rusy, Hamburg,
ist als Erfinder genannt worden

der nicht kleiner als der Serienscheinwiderstand des Quarzes bei der Oszillatorfrequenz /0 + bzw. — der Hubfrequenz Λ f ist.

Das Kopplungsnetzwerk wird so dimensioniert, daß der stabilisierende Einfluß des Quarzes bei gegebener Aussteuerbarkeit des Blindleitwertes und vorgegebenem Modulationshub optimal ausgenutzt wird. Die Impedanz des dem negativen Widerstand (Transistoroszillator) zugekehrten Kreises wird zweckmäßigerweise nach den schaltungstechnischen Gegebenheiten festgelegt.

Da jedoch für einen großen stabilisierenden Einfluß des Quarzes eine möglichst feste Kopplung gewünscht wird, wird der Dämpfungswiderstand nur so klein gemacht, daß die statisch aufgenommene Modulationskennlinie noch keine S-Form zeigt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit einem Transistoroszillator verwirklicht.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild des Transistoroszillators,

Fig. 2 die Kurvenform des Bandfilters mit Quarz im Sekundärkreis,

Fig. 3 die Gesamtschaltung,

Fig. 4 Spannungsdiagramme,

Fig. 5 eine Oszillatorschaltung mit Diskriminator.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt der Transistor 1 zusammen mit den hierfür notwendigen Schaltelementen einen Zweipol mit negativem und reellem Eingangswiderstand dar, der zusammen mit dem frequenzbestimmenden Zweipol 2 auf der vorgegebenen Frequenz schwingt. Für einen Transistor bzw. Vierpol

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mit Übertrager und Rückführungsleitwert gemäß Fig. 1 gilt:

k = (4 %U -

Der Eingangsleitwert dieser Schaltung wird:

$1% · D2!

Hierbei ist:

?)n = %i + C

ο j ₌ _L vj_)i2

1 \ ü

(3a)
(3b)

(3 c)
(3d)

Aus (2) ist ersichtlich, daß der Eingangsleitwert negative Werte annehmen kann, wenn

Dabei werden g)jS sowie 5J)₂! durch den Transistor und ©3 bestimmt. In g)₂s hingegen hat man die Möglichkeit, durch geeignete Bemessung von ©₂ den Phasenwinkel (von 5J)₂I) gleich dem des Produktes %\l · %ύ zu machen. Dies kann sehr bequem graphisch ausgeführt werden. Der Wert von

ist also reell.

Der Quarz 3 arbeitet in Serienresonanz, die Kreise 4 und 5 sind jeweils auf Parallelresonanz abgeglichen, wobei der andere Kreis kurzgeschlossen ist.

Eine Berechnung ergibt, daß der Widerstand des Kreises 4 mit dem Quadrat des Kopplungsleitwertes 6 in den Eingang invertiert wird. Bei Serienresonanz des Quarzes 3 wird der vorhandene kleine Wert des Widerstandes eine geringe Dämpfung des Eingangskreises bewirken. Außerhalb des Einflusses der Serienresonanz des Quarzes wird hingegen der vorhandene große Wert des Widerstandes eine starke Dämpfung des Eingangskreises bewirken. Die Fig. 2 zeigt eine Kurvenform des Bandfilters mit Quarz im Sekundärkreis, aus der die vom Quarz herrührende Resonanzschärfe ersichtlich ist.

Gemäß Fig. 3 besteht der Oszillator 1 aus einem HF-Transistor 7 in Basisschaltung, in dessen Kollektorkreis ein Übertrager 8 liegt. Die Rückkopplung auf den Emitter 10 erfolgt über Kondensator 9. An den Emitter ist der Kreis 5 angeschlossen, der über die Kapazität 6 mit dem Kreis 4 gekoppelt ist. Der Kreis 4 enthält einen Quarz 3 und einen dazu parallel geschalteten Dämpfungswiderstand 4'. Parallel zur Spule des Kreises 5 liegt eine Serienschaltung von einem Kondensator 11 und eine spannungsabhängige Kapazität 12. Zwischen diese ist das eine Ende der Sekundärwicklung 13 eines Transformators 14 geschaltet, deren anderes Ende an einen Spannungspol der Betriebsspannung über eine Widerstandskombination 16 mit einem temperaturabhängigen Widerstand 16' geführt ist. Die Betriebsspannung ist durch eine Zenerdiode 17 stabilisiert.

Die Primärwicklung 15 des Transformators 14 liegt im Kollektorkreis eines Verstärkertransistors 18, der zur Verstärkung der an dessen Basis gelegten Niederfrequenz- bzw. Modulationsspannung dient.

Bei dem Transistoroszillator gemäß der Erfindung wird die Frequenz durch einen Zweipol bestimmt. Der Scheinwiderstandsverlauf des Zweipols bei Parallelresonanz wird von der Serienresonanz eines Quarzes abgeleitet. Dadurch ist der Resonanzverlauf steller als der eines normalen Resonanzkreises, jedoch nicht so steil wie der eines Quarzes, so daß z. B.

durch Steuern einer Kapazität ohne weiteres eine Frequenzmodulation von etwa ± 15 kHz möglich ist.

. Außerdem ist der neue Oszillator für automatische Frequenznachstimmung verwendbar.

Das den Zweipol darstellende Netzwerk kann gemäß weiterer Erfindung gleichzeitig als Quarzfrequenzdiskriminator ausgebildet werden, so daß an zwei weiteren Anschlüssen eine der Frequenzablage proportionale Spannung abnehmbar ist. Diese kann entweder zur Anzeige oder aber zur Korrektur der Frequenzablage benutzt werden. Gegebenenfalls kann hier zu Kontrollzwecken auch die Modulation abgenommen werden.

Die wegen der großen Durchsteuerung vorhandene Modulationskennlinienverzerrung des Oszillators 1, wie sie Fig. 4 a zeigt, wird durch die inverse Kennlinie des Transistorverstärkers 18 (s. Fig. 4 b) weitgehend korrigiert, so daß eine nahezu unverzerrte Spannung (s. Fig. 4 c) erhalten wird, die auch durch einen Phasendiskriminator 19 gemäß Fig. 5 bei 20 abgenommen werden kann. Hierzu ist es außerdem notwendig, eine Spannung von der Kreisspule 5 mittels der Wicklung 5' abzuleiten, deren Phasenlage im Resonanzfall um 90° gedreht sein soll. Die Modulationsspannung kann an die Klemmen 21 gelegt werden, nachdem sie auf die bereits beschriebene Art verstärkt worden ist. Die übrigen Schaltelemente der Schaltung nach Fig. 5 stimmen mit denen nach Fig. 3 überein.

Wird z. B. gewünscht, daß mit größer werdender Frequenz die am Diskriminatorausgang 20 stehende Spannung zu positiven Werten laufen soll, so kann dies bequem durch Umpolen der Ankopplungswicklung 5' erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Quarzstabilisierter frequenzmodulierbarer Oszillator mit einem zur Stabilisierung angekoppelten Quarz, bei dem eine sehr große Frequenzkonstanz mit sehr geringem Klirrfaktor bei großen Hüben gegeben ist, mit einem Kopplungsnetzwerk zwischen Quarz und Oszillator, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsnetzwerk aus einem kritisch oder unterkritisch gekoppelten Bandfilter besteht, bei dem die Impedanz des dem Quarz parallel liegenden Resonanzkreises so groß wie möglich gewählt ist und dieser Resonanzkreis durch einen Widerstand bedämpft ist, der nicht kleiner als der Serienscheinwiderstand des Quarzes bei der Oszillatorfrequenz/0 + bzw. — der Hubfrequenz Af ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen den Kreisen sowohl kapazitiv als auch induktiv ist.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als negativer Widerstand eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, bei der der Rückfuhrungsleitwert (®₃) vom Übertragungskreis zum ersten Kreis entgegengesetzt gleich dem Blindanteil (g)_u) des ersten Kreises bemessen ist und der Leitwert (@₂) im Übertragungskreis so ge- ίο wählt wird, daß der Eingangsleitwert (Ji)₁) negativ und reell ist.

4. Oszillator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistoroszillator mit Übertrager in der Kollektorleitung und Rückkopplung auf den Emitter vorgesehen ist und ein frequenzbestimmender Zweipol mit Serienresonanzquarz und zwei kapazitiv oder induktiv gekoppelten Parallelkreisen in der Emitterleitung liegt, während die verstärkte Modulationsspannung einer gleichstromgespeisten spannungsabhängigen Reaktanz des am Emitter angeschlossenen Parallelkreises zugeführt ist.

5. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorverstärkerstufe in ihrem Ausgang einen Transformator besitzt, dessen Primärwicklung im Kollektorkreis liegt und dessen Sekundärwicklung mit dem spannungsabhängigen Blindleitwert in Serie liegt.

6. Oszillator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisation der Betriebsspannung und der Gleichspannung für den spannungsabhängigen Blindleitwert eine Zenerdiode vorgesehen ist.

7. Oszillator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Quarzkreis ein Diskriminator vorgesehen ist, der die um 90° phasenverschobene Spannung von dem unmittelbar am Emitter des Transistoroszillators liegenden Kreis erhält.

8. Oszillator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der an dem einen Spannungspol liegenden Widerstandskombination ein temperaturabhängiger Widerstand enthalten ist, hinter dem eine Zenerdiode angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 832 614;
britische Patentschriften Nr. 557 507, 622 140,
391, 712 349.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen