DE1208369B

DE1208369B - Wenigstens einen Transistor enthaltender, frequenzstabilisierter Oszillator

Info

Publication number: DE1208369B
Application number: DES51682A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans-Norber Toussaint
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-12-21
Filing date: 1956-12-21
Publication date: 1966-01-05

Description

Wenigstens einen Transistor enthaltender, frequenzstabilisierter Oszillator Bei einem tragbaren Transistoren verwendenden Oszillator soll die von diesem abgegebene Frequenz möglichst wenig durch Änderung der Betriebsspannung beeinflußt werden. Die Abhängigkeit der Frequenz von der Betriebsspannung ist besonders groß, wenn der Transistor bei Frequenzen betrieben wird, bei denen seine Vierpolparameter komplexe Größen sind. Erfolgt die Belastung des Oszillators durch die Eingangsimpedanz einer nachfolgenden, ebenfalls Transistoren verwendenden Verstärkerstufe, so wird auch dieser Belastungswiderstand mit jeder Änderung der Betriebsspannung verändert, was gleichfalls zu Frequenzänderungen des Oszillators führt. Die Betriebsspannung des Oszillators sowie die Eingangsimpedanz der nachfolgenden Transistorverstärkerstufe sollen daher durch einfache Stabilisierungsmaßnahmen möglichst konstant gehalten werden.
Grundsätzliche Maßnahmen zur Stabilisierung der Frequenz eines Oszillators sind bekannt. Hierzu gehören die Stabilisierung der Betriebsspannung des Oszillators sowie weitgehende Entkopplung des Verbrauchers von dem Oszillator. Eine einfache Stabilisierung der Betriebsspannung, deren Schaltung aus Raumgründen einen möglichst geringen Aufwand an Schaltelementen erfordern soll, könnte mit Hilfe einer Zenerdiode oder einer sogenannten Neumann-Stabilisierungszelle erreicht werden. Die erhältlichen Zenerdioden haben meist Zenerspannungen von mindestens 10 V und scheiden daher für die Stabilisierung von etwa 6 V aus. Mit Hilfe der Neumann-Stabilisierungszelle kann eine Spannung von etwa 1,5 V stabilisiert werden. Diese Spannung ist zwar zum Betrieb eines einen Transistor verwendenden Oszillators ausreichend, sie ist jedoch zu klein, um die nachfolgende Verstärkerstufe in einen günstigen Arbeitspunkt zu betreiben. Durch die Serienschaltung zweier Neumann-Stabilisierungszellen läßt sich eine Spannung von 3 V stabilisieren; wenn jedoch die Batteriespannung beispielsweise 6 V beträgt und wenn man berücksichtigt, daß bekanntlich die Stabilisierung einer Spannung um so leichter erfolgen kann, je größer das Verhältnis von Batteriespannungen zu stabilisierter Spannung ist, scheidet diese Möglichkeit aus.
Da bei kleinen tragbaren Geräten der Platzbedarf der Schaltelemente eine große Rolle spielt und die Zahl der verwendeten Verstärkerstufen möglichst klein sein soll, läßt sich eine genügend große Entkopplung zwischen Oszillator und Verbraucher nicht erreichen und daher eine Belastung des Oszillators durch die Eingangsimpedanz der nachfolgenden Verstärkerstufe, insbesondere wenn hier wiederum ein Transistor Verwendung findet, nicht vermeiden.
Bei dem wenigstens einen Transistor enthaltenden Oszillator mit mindestens einer nachgeschalteten, einen in Emitter- oder Basisschaltung betriebenen Transistor enthaltenden Verstärkerstufe wird die Frequenzstabilisierung gemäß der Erfindung dadurch vorgenommen, daß neben der durch an sich bekannte Maßnahmen stabilisierten Betriebsspannung des Oszillators lediglich der Emittergleichstrom der nachgeschalteten Transistorverstärkerstufe stabilisiert ist und daß zur Erzeugung des stabilisierten Emittergleichstroms die stabilisierte Betriebsspannung des Oszillators benutzt ist.
Insbesondere ist vorgesehen, zur Stabilisierung der Betriebsspannung des Oszillators entweder eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einer in Sperrrichtung betriebenen Zenerdiode oder eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einer Neumann-Stabilisierungszelle zu verwenden.
Bekanntlich reicht eine Stabilisierung der Betriebsspannung des Oszillators allein nicht aus, da die Frequenz auch durch die Änderung der Eingangsimpedanz der nachfolgenden Verstärkerstufe beeinflußt wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es zur Stabilisierung der Eingangsimpedanz der dem Oszillator nachfolgenden Verstärkerstufe genügt, wenn lediglich der Emittergleichstrom dieser Stufe stabilisiert wird. Die Eingangsimpedanz der nachfolgenden Verstärkerstufe ist bei Basisschaltung dieser Verstärkerstufe durch re+ rb (1-a) und bei Emitterschaltung durch gegeben. Bekanntlich ist r" der Emitter- und rb der Basiswiderstand eines Transistors und n sein Stromverstärkungsfaktor in Basisschaltung. Die Größen rb und ,x sind in erster Linie unabhängig vom Arbeitspunkt, während der Emitterwiderstand r, dem Emitterstrom umgekehrt proportional ist. Eine wirksame Stabilisierung der Eingangsimpedanz der einen in Emitter- oder Basisschaltung betriebenen Transistor enthaltenden Verstärkerstufe wird also erreicht, wenn lediglich der Emitterstrom dieser Verstärkerstufe stabilisiert wird, und zwar dadurch, daß dieser aus der stabilisierten Betriebsspannung des Oszillators abs geleitet wird; dies kann aber auch leicht bei einer stabilisierten Spannung von beispielsweise 1,5 V erfolgen.
Die Erfindung wird an Hand von vier in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Schaltschemata näher erläutert.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 zeigt einen an sich bekannten Transistoroszillator mit induktiver Rückkopplung. Der Transistor 1 wird gleichstrommäßig aus der Batterie 10 versorgt. Die Widerstände 3, 4 und 5 bestimmen seinen Arbeitspunkt. Im Kollektorkreis befindet sich der Resonanzkreis 8, an den die Belastungsimpedanz 9 angeschlossen ist, während im Emitterkreis die Drossel 2 liegt. Die Rückkopplung erfolgt induktiv über eine zusätzliche am Schwingkreis 8 angebrachte Wicklung und den die gleichstrommäßige Trennung zwischen Kollektor und Emitter vornehmenden Kondensator 6. Wechselstrommäßig ist die Verbindung zwischen Basis und Kollektor durch den Kondensator 7 hergestellt.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 zeigt eine einfache an sich bekannte Schaltung zur Stabilisierung einer Gleichspannung. Die von der Batterie 10 gelieferte Spannung Ui schickt einen Strom durch die aus einem Widerstand 11 und einem Stabilisierungselement 12 bestehende Reihenschaltung. An den Klemmen des Stabilisierungselementes liegt die stabilisierte Spannung U2. Bekannte Stabilisierungselemente sind Zenerdioden und Neumann-Stabilisierungszellen. Die stabilisierte Spannung UZ ist um so weniger von Änderungen der Spannung Ul abhängig, je größer das Verhältnis U2 : Ui ist und je größer das Verhältnis vom Widerstand 11 zum dynamischen Widerstand des Stabilisierungselementes 12 ist. Bei kleinerer Betriebsspannung Ur scheiden deshalb Zenerdioden als Stabilisierungselemente aus.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wobei dem an sich bekannten in F i g. 1 dargestellten Transistoroszillator eine bekannte Transistorverstärkerstufe nachgeschaltet ist, deren Transistor wechselstrommäßig in Basisschaltung betrieben ist. Die mittels des Stabilisierungselementes 12 stabilisierte Betriebsspannung UZ speist den Oszillator und gleichzeitig über den Widerstand 13 den Emitter des Transistors 14. Der Widerstand 13 und die am Stabilisierungselement 12 auftretende Spannung UZ bestimmen den Emitterstrom des Transistors 14. Die zum einwandfreien Betrieb erforderlichen Koppelkondensatoren sind mit 15 und 16 bezeichnet. Das in dem Transistor 14 verstärkte Signal ist am Resonanzkreis 17 abnehmbar.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei dem die dem Oszillator folgende Verstärkerstufe einen Transistor in wechselstrommäßiger Emitterschaltung verwendet. Die hier gewählte Bezeichnungsweise entspricht der in F i g. 3 verwendeten.

Claims

Patentansprüche: 1. Wenigstens einen Transistor enthaltender frequenzstabilisierter Oszillator mit mindestens einer nachgeschalteten, einen in Emitter- oder Basisschaltung betriebenen Transistor enthaltenden Verstärkerstufe, dadurch gekennzeichnet, daß neben der durch an sich bekannte Maßnahmen stabilisierten Betriebsspannung des Oszillators lediglich der Emittergleichstrom der nachgeschalteten Transistorverstärkerstufe stabilisiert ist und daß zur Erzeugung des stabilisierten Emittergleichstroms die stabilisierte Betriebsspannung des Oszillators benutzt ist.
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung seiner Betriebsspannung eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einer in Sperrichtung betriebenen Zenerdiode Verwendung findet.
3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung seiner Betriebsspannung eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einer Neumann-Stabilisierungszelle Verwendung findet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 951216; deutsche Auslegeschrift N 11017 VIII / 21a2 (bekanntgemacht am 27.9.1956); schweizerische Patentschrift Nr. 236 503; S h e a, »Principles of Transistor Circuits«, 1953, S. 61/62; »Radiotechnik«, Heft 12/1955, S. 387; »Funkschau«, Heft 3/1941, S. 41 und 42; Heft 4/ 1941, S. 55 und 56; »Elektrotechnischer Anzeiger«, 1937, S. 943; »Zeitschrift für Angewandte Physik«, Heft 6/1951, S. 237; »Electronics«, Februar 1955, S.133 bis 135; »Proceedings of the IRE«, 1952, S.1435 bis 1437; »Radio Amateurs Handbook«, 1952, S.142.