DE1142640B

DE1142640B - Crystal oscillator with transistors

Info

Publication number: DE1142640B
Application number: DEN20510A
Authority: DE
Inventors: Marcel Antoine Arnold Gh Maric
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1960-09-09
Filing date: 1961-09-05
Publication date: 1963-01-24

Description

Kristalloszillator mit Transistoren Die Erfindung bezieht sich auf einen Kristalloszillator mit zwei Transistoren. In einem bekannten Oszillator dieser Art werden die Transistoren in Wechselstromkaskade geschaltet und je mit einem Emitter-Eigenwiderstand zur Stabilisierung des Arbeitspunktes versehen. Der Kristall ist dabei schwebend in einen Mitkopplungskreis zwischen den Emittern der beiden Transistoren aufgenommen. Dies hat den Nachteil, daß die Phase der Mitkopplungsspannung durch die Bedrahtungskapazitäten des Kristalls beeinflußt wird, welche, besonders wenn der Kristall in einem Thermostat angeordnet ist, ziemlich bedeutend sein kann.Crystal oscillator with transistors The invention relates to a crystal oscillator with two transistors. In a known oscillator this one The transistors are connected in an alternating current cascade and each with an inherent emitter resistance to stabilize the working point. The crystal is floating added to a positive feedback circuit between the emitters of the two transistors. This has the disadvantage that the phase of the positive feedback voltage is caused by the wiring capacitances of the crystal is affected which, especially when the crystal is in a thermostat arranged can be quite significant.

Die Erfindung bezweckt, einen Oszillator zu schaffen, der sich durch Stabilität und Zuverlässigkeit auszeichnet, und ist gekennzeichnet durch die an sich bekannte stabilisierte Kaskadeschaltung zweier Transistoren, bei der der Kollektor des ersten für Gleichstrom mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist und der Emitter des zweiten für Gleichstrom mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, welche Kaskadeschaltung durch Rückkopplung vom Kollektor des zweiten zu der Basis des ersten Transistors zum Schwingen gebracht wird und bei der der Kristall in einen Kreis parallel zu einem vom Emitter-Gleichstrom des zweiten Transistors durchflossenen Widerstand geschaltet ist.The aim of the invention is to create an oscillator which is characterized by Stability and reliability are characterized, and is characterized by the on well-known stabilized cascade connection of two transistors, in which the collector of the first is connected to the base of the second transistor for direct current and the emitter of the second for direct current is connected to the base of the first transistor is what cascade circuit by feedback from the collector of the second to the Base of the first transistor is made to oscillate and in which the crystal into a circuit in parallel with one of the emitter direct current of the second transistor through which the resistance flows.

Durch die Maßnahmen nach der Erfindung wird mit wenig Schaltelementen ein Oszillator erhalten, der für Temperatur- und Speisespannungsänderungen besonders wenig empfindlich ist. Dies ist eine Folge des Zusammenwirkens einer Anzahl von günstigen Faktoren. Diese Faktoren sind: Geringe Verzerrung durch die Gegenkopplung über beide Stufen; Stabilisierter Transistoreinstellpunkt infolge der großen Verstärkung der zwei Transistoren in der Gleichstromgegenkopplungsstrecke; Anpassung an der sehr niederohmigen Reihenresonanz-Impedanz des Kristalls, so daß der Kristall auf oder in der Nähe seiner Reihenresonanz-Frequenz schwingen kann; Der Kristall kann auf einer Seite geerdet werden; Arbeitspunkteinstellung der Transistoren unabhängig von der Bemessung der Wechselstromrückkopplungskreise.By the measures according to the invention is with few switching elements Get an oscillator, which is especially useful for temperature and supply voltage changes is not very sensitive. This is a consequence of the interaction of a number of favorable factors. These factors are: Low distortion from the negative feedback over both levels; Stabilized transistor set point due to the large gain of the two transistors in the DC negative feedback path; Adaptation to the very low ohmic series resonance impedance of the crystal, so that the crystal on or can oscillate near its series resonance frequency; The crystal can be grounded on one side; Operating point setting of the transistors independently on the rating of the AC feedback circuits.

Die Erfindung wird an Hand des in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbildes und des in Fig. 2 dargestellten detaillierten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is illustrated by the basic circuit diagram shown in FIG and the detailed exemplary embodiment illustrated in FIG. 2.

Der Oszillator nach Fig. 1 enthält einen ersten Transistor 1, dessen Kollektor für Gleichstrom mit der Basis eines zweiten Transistors 2 durchverbunden ist, während der Emitter des Transistors 2 für Gleichstrom über einen Widerstand 3 mit der Basis des Transistors 1 verbunden ist. Auf diese Weise entsteht bekanntlich ein Verstärker mit stabilisiertem Arbeitspunkt. Der Speisestrom für den Kollektor des Transistors 1 bzw. die Basis des Transistors 2 wird über einen Widerstand 4 zugeführt.The oscillator according to FIG. 1 contains a first transistor 1 whose collector for direct current is connected through to the base of a second transistor 2 , while the emitter of transistor 2 for direct current is connected to the base of transistor 1 via a resistor 3 . As is well known, this creates an amplifier with a stabilized operating point. The feed current for the collector of the transistor 1 or the base of the transistor 2 is supplied via a resistor 4 .

Der Kollektorkreis des Transistors 2 enthält einen auf die Oszillatorfrequenz abgestimmten wenig selektiven Resonanzkreis 5. Die Spannung an diesem Kreis wird über den Mitkopplungswiderstand 6, erwünschtenfalls in Reihe mit einem Trennkondensator 7, zur Basis des Transistors 1 zurückgeleitet, so daß die Schaltungsanordnung zu schwingen beginnen kann. Zum Erhalten einer besonders stabilen Oszillatorfrequenz ist ein Kristall 8, erwünschtenfalls in Reihe mit einer Reaktanz 9, parallel zu den vom Emittergleichstrom des Transistors'2 durchflossenen Widerständen 3 und 10 geschaltet. Durch diese Schaltungsart wird die Gegenkopplung durch den Widerstand 3 bei der Reihenresonanzfrequenz des Kristalls 8 bzw. des Kristalls 8 in Verbindung mit der Reaktanz 9 so i weit herabgesetzt, daß die ringsum laufende Verstärkung größer als 1 wird und eine Schwingung erzeugt wird, deren Frequenz genau gleich dieser Reihenresonanzfrequenz ist. Die Reaktanz 9 oder erwünschtenfalls ein Reihenresonanzkreis dient dabei zur genauen Regelung der erzeugten Frequenz.The collector circuit of the transistor 2 contains a less selective resonant circuit 5, tuned to the oscillator frequency. The voltage in this circuit is fed back to the base of the transistor 1 via the positive feedback resistor 6, if desired in series with an isolating capacitor 7 , so that the circuit arrangement can begin to oscillate . To obtain a particularly stable oscillator frequency, a crystal 8, if desired in series with a reactance 9, is connected in parallel to the resistors 3 and 10 through which the direct emitter current of the transistor 2 flows. This type of circuit reduces the negative feedback through the resistor 3 at the series resonance frequency of the crystal 8 or the crystal 8 in connection with the reactance 9 to such an extent that the gain all around is greater than 1 and an oscillation is generated whose frequency is accurate is equal to this series resonance frequency. The reactance 9 or, if desired, a series resonance circuit is used for precise regulation of the frequency generated.

Der Oszillator ist äußerst stabil, nicht nur wegen der Verwendung eines Kristalls, sondern auch dadurch, daß eine Gegenkopplung über den Widerstand 3 über beide Stufen 1, 2 wirksam ist, die gleichzeitig den Transistorarbeitspunkt stabilisiert. Da diese Gegenkopplung auch dazu führt, daß die am Emitter des Transistors 2 gemessene Impedanz der Schaltungsanordnung sehr gering ist hinsichtlich der Kristallimpedanz, .wird die Frequenz sehr wenig von Streuung in den Transistoreigenschaften bzw. den weiteren verwendeten Teilen beeinfiußt werden. Für die Oszillatorfrequenz ist demzufolge bim .wesentlichen nur der Kristall bestimmend.The oscillator is extremely stable, not only because of the use of a crystal, but also because a negative feedback is effective via the resistor 3 over both stages 1, 2 , which at the same time stabilizes the transistor operating point. Since this negative feedback also means that the impedance of the circuit arrangement measured at the emitter of transistor 2 is very low with regard to the crystal impedance, the frequency will be influenced very little by scatter in the transistor properties or the other parts used. As a result, only the crystal is decisive for the oscillator frequency.

In Fig. 2 bilden die Transistoren 1` und 2 mit dem Gegenkopplungswiderstand wieder einen für Gleichstrom gegengekoppelten Verstärker. Die Reihenschaltung der Widerstände 3 und 10 ist wieder vom Kristall 8 überbrückt, in diesem Fall jedoch in Reihe mit einem regelbaren Reihenresonanzkreis 13. Die erzeugte Schwingung wird in einem Transistor 14 verstärkt und einer Ausgangsklemme 15 zugeführt. Sie wird auch im Gleichrichter 16 gleichgerichtet, so daß sich am Kondensator 17 eine der Oszillatoramplitude entsprechende Gleichspannung ergibt.In Fig. 2, the transistors 1 'and 2 with the negative feedback resistor again form a negative feedback amplifier for direct current. The series connection of the resistors 3 and 10 is again bridged by the crystal 8 , but in this case in series with a controllable series resonant circuit 13. The generated oscillation is amplified in a transistor 14 and fed to an output terminal 15. It is also rectified in the rectifier 16 , so that a DC voltage corresponding to the oscillator amplitude results on the capacitor 17.

Diese Spannung wird über einen Widerstand 18 einer Diode 19 zugeführt und bestimmt deren Einstellstrom. Die Diode 19 ist in den Rückkopplungskreis geschaltet, der sich vom Kollektorkreis 5 des Transistors 2 über die Schaltelemente 6 und 7 zur Basis des Transistors 1 erstreckt. Sie hat, wie die Diode '20, möglichst genau eine exponentielle Strom-Spannungs-Charakteristik und weist die gleiche Durchlaßrichtung wie diese Diode 20 auf. Die Widerstände 6 und 18 haben einen großen Wert gegenüber den Differentialwiderständen der Dioden 19 und 20, während die Impedanz des Trennkondensators 21 in Reihe mit dem Basiseingangswiderstand des Transistors 1 (der durch die Gegenkopplung über den Widerstand 3 beträchtlich herabgesetzt ist) klein ist gegenüber diesen Differentialwiderständen. Es kann gezeigt werden, daß sich dann der den Widerstand 6 durchfließende Rückkopplungsstrom im wesentlichen verzerrungsfrei über die beiden Dioden 19 und 20 verteilt in einem von der Gleichstromeinstellung dieser Dioden abhängigen Verhältnis. Wollte die Oszillatoramplitude demzufolge durch irgendeine Ursache, z. B. durch eine Temperatur- oder durch eine Speisespannungsänderung, zunehmen, so erzeugt der Gleichrichter 16 eine entsprechende Spannung am Kondensator 17, der den Einstellstrom des Gleichrichters 19 derart ändert, daß der zur Basis des Transistors 1 zurückgeleitete, im wesentlichen verzerrungsfreie Strom verkleinert wird. Auf diese Weise wird die Stabilität des Oszillators noch weiter verbessert, während Verzerrungsfreiheit gewährleistet bleibt.This voltage is fed to a diode 19 via a resistor 18 and determines its setting current. The diode 19 is connected in the feedback circuit which extends from the collector circuit 5 of the transistor 2 via the switching elements 6 and 7 to the base of the transistor 1 . Like the diode 20, it has an exponential current-voltage characteristic as precisely as possible and has the same forward direction as this diode 20 . The resistors 6 and 18 have a large value compared to the differential resistances of the diodes 19 and 20, while the impedance of the isolating capacitor 21 in series with the base input resistance of the transistor 1 (which is considerably reduced by the negative feedback via the resistor 3 ) is small compared to these differential resistances . It can be shown that the feedback current flowing through the resistor 6 is then distributed essentially without distortion over the two diodes 19 and 20 in a ratio dependent on the direct current setting of these diodes. So if the oscillator amplitude was wanted by some cause, e.g. B. by a temperature or by a supply voltage change, the rectifier 16 generates a corresponding voltage on the capacitor 17, which changes the setting current of the rectifier 19 in such a way that the substantially distortion-free current returned to the base of the transistor 1 is reduced. In this way, the stability of the oscillator is further improved, while freedom from distortion is guaranteed.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Crystal oscillator with transistors, marked by the well-known stabilized cascade connection of two transistors that of the collector of the first for direct current with the base of the second transistor is connected and the emitter of the second for direct current to the base of the first Transistor is connected, which cascade circuit by feedback from the collector of the second is made to oscillate to the base of the first transistor and at that of the crystal in a circle parallel to one of the second's direct emitter Transistor through which resistor is connected.

2. Oscillator according to claim 1, characterized in that a diode (19) with exponential current-voltage characteristic is switched on in the feedback connection from the collector of the second to the base of the first transistor, the current setting of which is controlled as a function of the oscillator amplitude, the feedback current is distributed essentially without distortion via this diode (19) and a second diode (20) with exponential current-voltage characteristics and with the same forward direction.