DE1235382B

DE1235382B - Circuit arrangement for amplitude control for oscillators

Info

Publication number: DE1235382B
Application number: DE1959N0017199
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Richard Guenther
Original assignee: RICHARD GUENTHER DIPL ING
Current assignee: RICHARD GUENTHER DIPL ING
Priority date: 1959-09-07
Filing date: 1959-09-07
Publication date: 1967-03-02

Description

Schaltungsanordnung zur Amplitudenregelung für Oszillatoren Für Verstärker und Oszillatoren sind Schaltungen zur Amplitudenregelung durch Gegenkopplung der Ausgangsspannung an einem im Emitterkreis eines Transistors liegenden Widerstand bekannt. Die bekannten Schaltungen verwenden zur Gegenkopplung aufwendige Mittel, wie Transformatoren oder Mittel, welche eine hohe Leistung erfordern, wie Heißleiter.Circuit arrangement for amplitude control for oscillators For amplifiers and oscillators are circuits for amplitude control by negative feedback of the Output voltage at a resistor in the emitter circuit of a transistor known. The known circuits use complex means for negative feedback, such as transformers or means that require high power, such as NTC thermistors.

Bei bekannten Oszillatoren, bei denen das frequenzbestimmende Glied durch mechanische Schwinger, wie Stimmgabeln, Quarze, Magnetostriktionsglieder od. dgl., gebildet ist, besteht ein Nachteil darin, daß die Dämpfung des Schwingers. von der Temperatur, dem Luftdruck oder der Betriebsspannung abhängig ist.In known oscillators in which the frequency-determining element by mechanical oscillators such as tuning forks, quartz crystals, magnetostriction members or the like. Like., Is formed, there is a disadvantage that the damping of the oscillator. depends on the temperature, the air pressure or the operating voltage.

Die Erfindung ermöglicht unter Verwendung einfacher Bauelemente die Konstanthaltung der Ausgangsspannung sowie eine wesentliche Beschleunigung des Einschwingens.The invention enables the use of simple components Keeping the output voltage constant as well as significantly accelerating the transient response.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Amplitudenregelung für Transistoroszillatoren mit mechanischen Schwingern, wie Stimmgabel-Oszillatoren, bei der die bei der Einschaltung des Oszillators starke Rückkopplungserregung ab einer vorbestimmten Schwingungsamplitude durch Gegenkopplung an einem im Emitterkreis des Oszillators liegenden ohmschen Widerstand verringert wird.The invention relates to a circuit arrangement for amplitude control for transistor oscillators with mechanical oscillators, such as tuning fork oscillators, in which the strong feedback excitation when the oscillator is switched on a predetermined oscillation amplitude by negative feedback at one in the emitter circuit of the oscillator lying ohmic resistance is reduced.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Gegenkopplungswiderstand über einen Kondensator eine Diode parallel geschaltet ist, die derart durch eine von der Ausgangsspannung abgeleitete Gleichspannung beaufschlagt ist, daß beim Einschalten des Oszillators auf Grund eines in Durchlaßrichtung fließenden Gleichstromes die Diode einen geringen Widerstand aufweist, jedoch ab einer bestimmten Oszillatoramplitude auf Grund der Gegengleichspannung mehr und mehr gesperrt wird.The object is achieved in that the Negative feedback resistor is connected in parallel via a capacitor a diode, which is applied in this way by a direct voltage derived from the output voltage is that when the oscillator is switched on due to a flowing in the forward direction DC current the diode has a low resistance, but from a certain one Oscillator amplitude is blocked more and more due to the counter DC voltage.

In F i g. 1 ist eine beispielsweise Ausführung der Schaltung dargestellt. Hierin ist 1 der stimmgabelartige Schwinger mit der Antriebsspule 2 und der Rückkopplungsspule 3, die je eine Zinke der Gabel umgeben, T1 der Schwingtransistor, dessen Arbeitspunkt durch den Emitterwiderstand 4 und den Spannungsteiler 15, 16 für die Basisspannung eingestellt ist.In Fig. 1 shows an example of an embodiment of the circuit. Here, 1 is the tuning fork-like oscillator with the drive coil 2 and the feedback coil 3, each surrounding a prong of the fork, T1 the oscillating transistor, its operating point through the emitter resistor 4 and the voltage divider 15, 16 for the base voltage is set.

Dem Emitterwiderstand 4 ist über den Kondensator 5 eine Diode 6 parallel geschaltet, die beim Einschalten der Stromversorgung einen niedrigen Widerstand hat, weil sie beim Einschalten von dem Strom: -f-, Diode 6, Diode 11, Widerstand 12, -, durchflossen wird. Der Stromgegenkopplungswiderstand 4 ist also wechselstrommäßig kurzgeschlossen. Auf Grund der hohen Rückkopplungsspannung der Spule 3 schwingt die Gabel 1 durch den Transistor T1 schnell an und würde übersteuern, wenn nicht vom Kollektor des Transistors über den Kondensator 7 und die Diode 8 eine durch den Kondensator 10 geglättete Gegenspannung an die Dioden 6 und 11 gelangen würde, die den Stromfluß durch diese Dioden herab- und damit den Innenwiderstand der Diode 6 heraufsetzen würde. Durch diese Gegenspannung kann der Innenwiderstand der Diode 6 von einigen Ohm bis zu 1 MOhm erhöht werden, womit der Wechselstromspannungsabfall am Emitterwiderstand 4 steigt. Da diese Spannung in Gegenphase zu der Rückkopplungsspannung der Spule 3 steht, verringert sie die Steuerspannung zwischen Emitter und Basis des Transistors T1 und begrenzt damit die Schwingamplitude. Die Diode 9 leitet die ungenutzte Halbwelle der über den Kondensator 7 kommenden Wechselspannung ab. Zwischen diesem Kondensator und dem Kollektor ist gestrichelt eine Verstärkerstufe für die Wechselspannung eingezeichnet, mit der - auch in den folgenden Ausführungsbeispielen -zwecks Verschärfung des Knickes der Regelkennlinie und zur Erhöhung der an den Klemmen 18 auftretenden Wechselspannung die Kollektorspannung verstärkt werden kann. Der Einsatz der Regelwirkung ist durch Änderung des Widerstandes 12 oder durch Änderung der Kapazität des Kondensator 7 einstellbar.A diode 6 is parallel to the emitter resistor 4 via the capacitor 5 switched, which has a low resistance when the power is turned on has because when you turn on the current: -f-, diode 6, diode 11, resistor 12, - is flowed through. The current negative feedback resistor 4 is therefore in terms of alternating current shorted. The coil 3 oscillates due to the high feedback voltage the fork 1 through the transistor T1 on quickly and would oversteer if not from the collector of the transistor through the capacitor 7 and the diode 8 through the capacitor 10 smoothed counter voltage would reach the diodes 6 and 11, which reduces the current flow through these diodes and thus the internal resistance of the diode 6 would raise. This counter voltage can reduce the internal resistance of the diode 6 can be increased by a few ohms up to 1 MOhm, with which the AC voltage drop at the emitter resistor 4 increases. Because this voltage is in phase opposition to the feedback voltage the coil 3 is, it reduces the control voltage between the emitter and base of the transistor T1 and thus limits the oscillation amplitude. The diode 9 conducts the unused half-wave of the alternating voltage coming through the capacitor 7. Between this capacitor and the collector is an amplifier stage for the dashed line AC voltage drawn in, with the - also in the following exemplary embodiments -for the purpose of tightening the kink in the control characteristic and to increase the Terminal 18 occurring alternating voltage the collector voltage can be increased. The use of the control effect is by changing the resistor 12 or by changing it the capacitance of the capacitor 7 adjustable.

F i g. 2 zeigt eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens. Als regelbarer Widerstand ist hier statt der Diode 6 die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T2 vorgesehen. Bei der Einschaltung des Oszillators fließt ein Strom vom Pluspol der Batterie über die Diode 19 und den Widerstand 13 zum Minuspol, so daß an der Basis des Transistors T2 gegenüber dessen Emitter eine negative Steuerspannung entsteht; die Strecke Emitter-Kollektor schließt also über den Kondensator 5 die Gegenkopplungsspannung am Widerstand 4 kurz. Mit steigender Wechselspannung am Kollektor des Transistor T 1 wird die Basis des Transistors T 2 über den Kondensator 7 und den Gleichrichter 8 positiv gegenüber dem Emitter, die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors wird hochohmig, und die hierdurch bedingte Stromgegenkopplung am Widerstand 4 begrenzt die Schwingamplitude. Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß sie entsprechend dem Verstärkungsfaktor des Transistors T2 mit geringerer Steuerleistung auskommt.F i g. 2 shows a further development of the concept of the invention. Instead of the diode 6, the emitter-collector path of the transistor T2 is provided here as a controllable resistor. When the oscillator is switched on, a current flows from the positive pole of the battery via the diode 19 and the resistor 13 to the negative pole, so that a negative control voltage is created at the base of the transistor T2 opposite its emitter; the emitter-collector path thus short-circuits the negative feedback voltage across the resistor 4 via the capacitor 5. As the alternating voltage at the collector of transistor T 1 increases , the base of transistor T 2 becomes positive with respect to the emitter via capacitor 7 and rectifier 8, the emitter-collector path of this transistor becomes high-impedance, and the resulting negative current feedback at resistor 4 limits the Vibration amplitude. The advantage of this circuit is that, in accordance with the gain factor of the transistor T2, it manages with less control power.

Eine weitere Ausführung zeigt die F i g. 3. Hier wird der wechselstrommäßige Kurzschluß des Gegenkopplungswiderstandes 4 durch die Parallelschaltung der Diode 20 mit der Emitter-Basis-Strecke des Transistors T3 gebildet. Bei der Einschaltung fließt der Batteriestrom von -f- über die Diode 20, Emitter-Kollektor von T3, über den Widerstand 12 zu -; sowohl die Diode 20 wie auch der Weg vom Emitter des Transistors T3 zur Basis über den großen Siebkondensator 10 zu -f- sind hierbei niederohmig. Übersteigt der vom Transistor T1 über den Kondensator 7 und den Gleichrichter 8 durch den Widerstand 17 fließende Strom den oben beschriebenen Basisstrom durch den Widerstand 17, so kehrt die Polarität an diesem Widerstand (und dem Siebkondensator 10) um, der Strom durch den Transistor T3 - und damit durch die Diode 20 - hört auf, und die Widerstände der Diode 20 und der Emitter-Basis-Strecke von T3 werden hochohmig. Wie in den vorhergehenden Schaltungen begrenzt die jetzt ansteigende Gegenkopplungsspannung am Widerstand 4 die Schwingamplitude.Another embodiment is shown in FIG. 3. Here the alternating current short circuit of the negative feedback resistor 4 is formed by the parallel connection of the diode 20 with the emitter-base path of the transistor T3. When switched on, the battery current flows from -f- via diode 20, emitter-collector of T3, via resistor 12 to -; Both the diode 20 and the path from the emitter of the transistor T3 to the base via the large filter capacitor 10 to -f- are low-resistance in this case. If the current flowing from the transistor T1 via the capacitor 7 and the rectifier 8 through the resistor 17 exceeds the above-described base current through the resistor 17, the polarity at this resistor (and the filter capacitor 10) reverses, the current through the transistor T3 - and thus through the diode 20 - stops, and the resistances of the diode 20 and the emitter-base path of T3 become high-ohmic. As in the previous circuits, the now increasing negative feedback voltage across resistor 4 limits the oscillation amplitude.

Vorteilhaft an der beschriebenen Regelungsart ist nicht nur, daß im Betriebszustand durch starke Gegenkopplung eine Unabhängigkeit der Ausgangsamplitude von den verschiedenen Einflüssen erreicht wird, sondern daß gleichzeitig durch die Gegenkopplung eine Kurvenformverbesserung der erzeugten Frequenz entsteht. Außerdem wird die Einschwingzeit der mechanischen Schwinger etwa um eine Zehnerpotenz verringert.The advantage of the type of control described is not only that in Operating state independent of the output amplitude due to strong negative feedback is achieved by the various influences, but that simultaneously by the Negative coupling results in an improvement in the waveform of the generated frequency. aside from that the settling time of the mechanical oscillator is reduced by about a power of ten.

An sich haben die zur Regelung verwendeten Widerstände, wie Dioden und Transistoren nichtlineare Kennlinien, jedoch treten Verzerrungen deshalb nicht auf, weil im Bereich der anliegenden geringen Wechselspannungen die Kennlinien als hinreichend geradlinig zu betrachten sind. Die Vielzahl der Schaltungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens ist durch die dargestellten Schaltbilder nicht .erschöpft und die Art der Gegenkopplung nicht auf die dargestellte im Emitterkreis beschränkt. So können zur Regelung der Gegenkopplungsspannung noch andere als die genannten Widerstände verwendet werden, beispielsweise Zenerdioden. Auch können statt der dargestellten pnp-Transistoren in entsprechend abgewandelten Schaltungen npn-Transistoren Verwendung finden oder die Transistoren in bekannter Weise durch Elektronenröhren ersetzt werden.In principle, the resistors used for regulation have, such as diodes and transistors have non-linear characteristics, but distortions do not occur because of this because in the area of the applied low alternating voltages the characteristic curves as are to be viewed in a sufficiently straight line. The multitude of circuit options the inventive concept is not exhausted by the circuit diagrams shown and the type of negative feedback is not limited to that shown in the emitter circuit. For controlling the negative feedback voltage, other than those mentioned can be used Resistors are used, for example Zener diodes. Instead of the pnp transistors shown in correspondingly modified circuits npn transistors Find use or the transistors in a known manner by means of electron tubes be replaced.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for amplitude control for transistor oscillators with mechanical oscillators, such as tuning fork oscillators, in which the strong feedback excitation when the oscillator is switched on is reduced from a predetermined oscillation amplitude by negative feedback at an ohmic resistor located in the emitter circuit of the oscillator, characterized in that the negative feedback resistor (4) via a capacitor (5) a diode (6; T2; 20 and T3) is connected in parallel, which is acted upon by a direct voltage derived from the output voltage that when the oscillator is switched on due to a direct current flowing in the forward direction the diode has a low resistance, but is more and more blocked from a certain oscillator amplitude due to the counter DC voltage.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the emitter-collector path is the diode another transistor (T2) is used.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the parallel connection of a further diode (20) and the emitter-base path of a further transistor (T3) is used as the diode. Documents considered: German Patent No. 639 904; French Patent No. 1050 611; British Patent Nos. 575,395, 807,815; U.S. Patent Nos. 2147,492, 2,707,234.