DE1274676C2

DE1274676C2 - Oszillatorschaltung mit einem Transistor

Info

Publication number: DE1274676C2
Application number: DE1964R0036939
Authority: DE
Inventors: Karl Wesley Angel
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1963-01-09
Filing date: 1964-01-09
Publication date: 1974-08-01
Also published as: SE325933B; GB1034592A; NL6400070A; DE1274676B; NL151584B; US3256496A; BE642158A

Description

I 274 676

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Pie Aufgabe cjer Erfindung besteht darin, die schalteten SpanmingsteHerkondensataren 63,64 über-

jfTfequenzkohstans!! einer Osziljatarschajtung der ein- brückt. Der KapazitHtswert dieser Kondensatoren ist

gangs erwähnten Art gegenüber Schwankurtgen der viel größer als der Kapazitätswert des Kondensators

Betriebsspannung nut einfachen Mitteln weitgehend 62, so daß die Frequenz in erster Linie von dar Er-

ünäbha'ngig zu machen. s satzinduktlvitHt und -kapatfcat des Kristalls 61 und

Änderungen der Betriebsspannung beeinflussen die des mit diesem in Reihe geschalteten Kondensators Petrlebsfreqüertz eines Transistoroszillators auf 62 abhängt. Der Kondensator 63 ist außerdem groß, äjweierjei Welse: Einerseits wirkt pine Erhöhung der verglichen mit den Änderungen der Transistor-Betriebsspannung im Sinne einer Frequenzernied- eingangskapazität. Der Verbindungspunkt der in jriguRg. da sie die Emitter-Basis-Kapazität des Traa- ι ο Reihe geschalteten Kondensatoren 63,64 bildet einen sistors, die in die Eingangskapazität der vorliegenden Abgriff, von dem ein Teil der Oszillatorspannung auf Schaltung eingeht, erhöht. In gleicher Richtung wirkt den Emitter 88 eines Oszülatortransistors 72 rückdie bei Erhöhung der Betriebsspannung zunehmende gekoppelt wird.

Phasenverzögerung im Basiskreis des Transistors, die Die Basis 71 wird von einer negativen Klemme 74

durch die Änderungen der Basis-Emitter-Kapazität 15 einer Betriebsspannüngsquelle, deren positive Klemme

und des Eingangs-Basenreihenwiderstandes verur- an Masse liegt, über einen Widerstand 81, einen

sacht wird. Die Verringerung des Eingangswider- Potentiometerwiderstand 78 und eine Hoohfrequenz-

ständes wirkt andererseits wegen der Verringerung drossel 79 vorgespannt. Der Widerstand 78 ist mit

der Belastung des frequenzbestimmenden Kreises im dem Widerstand 81 in Reihe zwischen die Klemme

Sinne einer Erhöhung der Betriebsfrequenz. 20 74 und einen Leiter 82 geschaltet, der zur positiven

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Klemme der nicht dargestellten Betriebsspannungs-

dufch geeignete zusätzliche Kompensationsmaßnah- ouelle führt. Ein Widerstand 84 dient als Arbeits-

men erreicht werden kann, daß sich die in entgegen- widerstand für den KolH;tor 86. Der Emitter 88 des

gesetztem Sinne wirkenden Einflüsse von Betriebs- Transistors ist über einen Widerstand 91 und eine

Spannungsänderungen weitestgehend kompensieren, 25 Hochfrequenzdrossel 92 in Flußrichtung bezüglich

so daß die Betriebsfrequenz praktisch unabhängig der Basis 71 vorgespannt. Der Widerstand 91 ist

von Betriebsspannungsschwankungen wird. durch einen Ableitkondensator 94 überbrückt. Die

Bei einer Oszillatorschaltung mit einem Transistor, Ausgangsspannung des Oszillators wird vom KoI-dessen Basis an den Abgriff eines zwischen zwei lektor über einen Kopplungskondensator 96 abge-Klemmen einer Betriebsspannungsquelle geschalteten 3° ncmmen. Ein Widerstand 48 und ein Biockkonden-Widerstandsspannungsteilers Pngeschlossen ist und sator 49 zur Sperrung des Gleichstromes sind so dessen Emitter und Kollektor mit den Enden des geschaltet, daß der Widerstand 48 eine Belastung für Spannungsteilers galvanisch verbunden sind, ferner den Resonanzkreis bildet. Bei dem in der Zeichnung mit einem frequenzbestimmenden Resonanzkreis, der dargestellten Oszillatorkreis, der beispielsweise mit zwischen die Basis und das mit dem Emitter ver- 35 einem Transistor des Typs 2N1177 bestückt sein bundene Ende des Spannungsteilers geschaltet ist, kann, nimmt die Basis-Emitter-Kapazität zu. wenn und mit zwei miteinander in Reihe und dem Reso- die Spannung zwischen Basis und Masse höhe; nanzkreis parallelgeschalteten Kondensatoren, deren negativ wird und der Widerstand 48 fehlt. Der Ein-Verbindungspunkt über einen Mitkopplungszweig mit gangswiderstand, nämlich der Basis-Emitter-Widerdem Emitter verbunden ist, wird dies gemäß der 4° stand, nimmt ab. Die Erhöhung der Betriebsspannung Erfindung dadurch erreicht, daß zwischen die Basis hat außer der Erhöhung der Basis-Emittei-Kapazität und das mit dem Emitter des Transistors verbundene auch eine stärkere Aussteuerung zur Folge. Der Ende des Spannungsteilers eine Stabilisierungsanord- Kapazitätsanstieg bewirkt ein Absinken der Frequenz, nung geschaltet ist, die aus einem Blockkondensator da das LC-Produkt des Resonanzkreises größer wird, und einem mit diesem in Reihe geschalteten Korn- 45 Die Frequenz nimmt außerdem ab, da die Phasenpensationswiderstand besteht, dessen Widerstands- verzögerung, die dem Basiskreis des Transistors von wert in Abhängigkeit von dem gewählten Wider- Natur aus anhaftet, zunimmt. Die Phasenverzögerung standsverhältnis des Spannungsteilers so bemessen wird durch einen Phasenschieber verursacht, der die ist, daß der Einfluß von durch Befiebsspannungs- Basis-Emitter-Kapazität und den Eingangs-Basisschwankungen verursachten Änderungen der Emitter- 5° Reihenwiderstand umfaßt. Die Verringerung des EinBasis-Kapazität des Transistors auf die Schwingungs- gangswiderstandes neigt andererseits dazu, die Frefrequenz möglicnst vollständig kompensiert wird. quenz zu erhöhen. Bei der dargestellten Oszillator-

Vorzugsweise sind der Abgriff des Spannungs- schaltung weiden der Einfluß der eine Erhöhung des teilers und der Wert des Kompensationswiderstandeo LC-Produktes bewirkenden Änderung der Basisunabhängig voneinander einstellbar. 55 Emitter-Kapazität und die Vergrößerung der Phasen-

Vorzugsweise enthält der frequenzbestimmende verzögerung im Basiskre's durch eine entsprechende

Kreis in an sich bekannter Weise einen Schwing- Bemessung des Widerstandes 48 und Änderung des

kristall, der mit einem Kondensator in Reihe ge- Eingangswiderstandes weitgehend oder ganz kom-

schaltet ist; es kann jedoch auch ein LC-Kreis ver- pensicrt. Wenn also der Transistoroszillator auf

wendet werden. ^6o einem Pegel arbeitet, bei dem sich die Widerstands-

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeich- und Kapazitätsänderungen gegenseitig aufheben, ist

nung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels ein einwandfreies Arbeiten in einem weiten Bereich

näher erläutert. der Betriebsspannung gewährleistet.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Oszillator Der Widerstand 48 wird also auf einen Wert eindient ein mit einem Abstimmkondensator 62 in Reihe 65 justiert, bei dem die Oszillatorfrequenz je nach der geschalteter Kristall 61 als frequenzbestimmender vorgegebenen Einstellung des Potentiometerschleifers Resonanzkreis. Der Resonanzkreis ist durch einen 76 die geringste Abhängigkeit von der Betriebsspankapazitiven Spannungsteiler aus zwei in Reihe ge- nung zeigt. In entsprechender Weise läßt sich für

jeden Wert des Widerstandes 48 eine Einstellung des Schleifers 76 finden, bei der die Oszillatorfrequenz am wenigsten von der Betriebsspannung abhängt. Durch Einjustieren des Potentiometerschleifers 76 und des Widerstandes 48 läßt sich eine gewünschte Oszillatorausgangsspannungsamplitude einstellen und gleichzeitig eine weitgehende Unabhängigkeit der Frequenz von Betriebsspannungsschwankungen erreichen.

Für die dargestellte Schaltung kann ein Transistor des Typs 2N1177 verwendet werden. Es handelt sich dabei um einen Drifttransistor. Die erfindungsgemäßen Oszillatorschaltungen können bei verhältnismäßig hohen Frequenzen arbeiten, z. B. im Bereich zwischen 12 und 14,5 MHz. Die Frequenzschwankungen eines Oszillators mit den angegebenen Parametern bleiben bei Betriebsspannungsänderungen von ± 15°/o kleiner als ± 0,00002%. Diese Stabilitätsangabe gilt auch für preiswerte Drifttransistoren, die sich hinsichtlich ihrer Leistungsverstärkung und ao ihres Sättigungsstromes eignen. Schwankungen infolge von Kristallen hoher und niedriger Güte sind ebenfalls in diesen Stabilitätswert eingeschlossen.

Beim Abgleich des Kompensationswiderstandes 48 zur Verringerung von Frequenzänderungen, die durch as Betriebsspannungsschwankungen verursacht werden, geht man im allgemeinen folgendermaßen vor:

1. Die Oszillatorparameter werden ohne den Kompensationswiderstand 48 in bekannter Weise auf eine gewünschte Frequenz und Ausgangsleistung abgeglichen;

2. die Frequenzänderung JZ₁ für eine bestimmte Betriebsspannung wird gemessen;

3. man schaltet nun als Widerstand 48 einen Belastungswiderstand R₀ ein und mißt erneut wie unter 2. die Frequenzabweichung, die nun Af₂ ist;

4. der richtige Wert R_d des Widerstandes 48 ist dann näherungsweise:

Af_x - Al₂

5. vorzugsweise wird das oben beschriebene Interpolationsverfahren ein oder mehrmals wiederholt, um eine genauere Kompensation zu erreichen.

Das Vorzeichen von Af₁ kann anfänglich für eine bestimmte Richtung der Betriebsspannungsänderuing positiv gewählt werden. Für dieselbe Richtung dci Vor Spannungsänderung wird dann das Vorzeicher von -*/₂ positiv gewählt, wenn sich die Frequenz iii derselben Richtung ändert wie Af₁, und negativ fiii eine Frequenzänderung im entgegengesetzten Sinn.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

t, deren PatentansDriiche· VeTbtadungsplrnkTroit dem'Emtttef des Transistors Patentansprüche. gekoppelt fitDiw Ausgangssignal der Schaltung wird

1. Oszillatorschaltung mit einem Transistor, parallel zum Emitterwiderstand abgenommen (USA,-dessen Basis an den Abgriff eines zwischen zwei 5 Patentschrift 2 930 002), .
Klemmen einer Betriebsspannungsquelle gescbal- Es ist auch bereits bekannt, asu cue öetneosteten Widerstandsspannungsteilers angeschlossen frequenz eines Transistoroszulators der obengenannist und dessen Emitter und Kollektor mit den ten Art durch Betriebsspannungsschwankungen be-Enden des Spannungsteilers galvanisch verbun- einflußt wird, wenn nicht besondere Maßnahmen den sind, ferner mit einem frequenzbestimmen- io getroffen werden. Bei der obenerwähnten bekannten den Resonanzkreis, der zwischen die Bas|s upd 0§zillatorf)Ch;aJtun.g soll eine möglichst weitgehende das mit dem Emitter verbundene Ende des Späh- Unabhängigkeit der Betriebsfrequenz des Oszillators nungsteijers geschaltet ist, und mit zwei mitein- dadurch erreicht werden, daß der Kapazitatswert des ander in Reihe und dem Resonanzkreis parallel- kapazitiven Spannungsteilers im Vergleich zur Eingeschalteten Kondensatoren, deren Verbindungs- 15 kapazität des Transistors relativ hoch gewählt und punkt über einen Mitkopplungszweig mit dem ein nur reelle Widerstände enthaltender, frequenz-Emitter verbunden ist, dadurch gekeftn- abhängiger Mitkopplungszweig verwendet wird, zeichnet, daß zwischen die Basis (71) und Durch die Erhöhung der Kapazität des die Mitkoppdas mit dem Emitter (88) des Transistorb (72) lungsspannung liefernden kapazitiven Spannungsverbundene Ende des Spannungsteilers (78, 81) ao teilers werden aber die Güte des frequenzbestimmeneine Stabilisierungsanordnung geschaltet ist, die den Kreises und die Ausgangsspannung in uneraus einem lackkondensator (49) und einem mit wünschter Weise herabgesetzt.

diesem in Reihe geschalteten Kompensation- Aus der deutschen Auslegeschrift 1 056 198 ist es

widerstand (48) besteht, dessen Widerstandswert bekannt, in die Kollektorleitung des Transistors einer in Abhängigkeit von dem gewählten Widerstands- as abgestimmten Verstärkerstufe einen Widerstand einverhältnis des Spannungsteilers (78, 81) so be- zufügen, welcher den Einfluß der Kollektor-Basismessen ist, daß der Einfluß von durch Betriebs- Kapazität, und zwar insbesondere von der Kollektorspannungsschwankungen verursachten Änderun- Wechselspannung abhängige dynamische Kapazitätsgen der Emitter-Basis-Kapazität des Transistors änderungen, beseitigen soll. Bei einer Umrechnung (72) auf die Schwingungsfrequenz möglichst voll- 30 der Reihenschaltung dieser Kapazität mit dem einständig kompensiert wird. gefügten Widerstand in eine äquivalente i?C-Parallel-

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, da- schaltung, die ^chaltungsmäßig parallel zu dem durch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis frequenzbestimmenden Schwingkreis liegt, zeigt sich, einen Schwingkristall (61), dem ein Kondensator daß die errechnete und damit am Schwingkreis wirk-(62) in Reihe geschaltet ist, en hält. 35 same Parallelkapazität sich prozentual weit weniger

als die tatsächliche Kollektor-Basis-Kapazität ändert,

wenn man den in die Kollektorleitung eingefügten

Widerstand als geometrisches Mittel aus den beiden kapazitiven Impedanzen bestimmt, welche den bei-

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung mit 40 den Grenzwerten der Kollekte; -Basis-Kapazität bei einem Transistor, dessen Basis an den Abgriff eines maximaler und minimaler Aussteuerung entsprechen, zwischen zwei Klemmen einer Betriebsspannungs- Eine Anwendung dieser bekannten Lehre auf das quelle geschalteten Widerstandsspannungsteilers an- der Erfindung zugrunde liegende Problem, die geschlossen ist und dessen Emitter und Kollektor mit Schwingfrequenz eines Transistoroszillators der einden Enden des Spannungsteilers galvanisch verbun- 45 gangs erwähnten Art gegen Betriebsspannungsden sind, ferner mit einem frequenzbestimmenden Schwankungen zu stabilisieren, welche Veränderun-Resonanzkreis, der zwischen die Basis und das mit gen der Basis-Emitter-Kapazität des Transistors zur dem Emitter verbundene Ende des Spannungsteilers Folge haben, die ihrerseits für die Schwingfrequenz geschaltet ist, und mit zwei miteinander in Reihe und mitbestimmend ist, würde zur Einfügung eines Widerdem Resonanzkreis parallelgeschalteten Kondensato- 50 Standes in die Basisleitung des Transistors, und damit ren, deren Verbindungspunkt über einen Mitkopp- zu einer unerwünschten Begrenzung des Steuerstroms lungszweig mit dem Emitter verbunden ist. dieses Transistors, oder zu einer Einfügung in die

Bei einem bekannten Transistoroszillator dieser Emitterleitung, und damit zu einer unerwünschten Art arbeitet der Transistor in Kollektorschaltung, zusätzlichen Gegenkopplung, führen,
und die Basisvorspannung wird durch einen Wider- 55 Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 1 103 993 Standsspannungsteiler erzeugt, der zwischen Kollek- eine Oszillatorschaltung bekannt, bei welcher ein tor- und Emitterelektrode des Transistors liegt. Die Schwingquarz im Rückkopplungskreis vom Emitter Emitterelektrode ist über einen Arbeitswiderstand eines in Kollektorgrundschaltung betriebenen Tranmit der einen Klemme einer Betriebsspannungsquelle sistors auf den Emitter eines diesem vorgeschalteten, verbunden, während die andere Klemme der Span- 60 in Basisgrundschaltung betriebenen Transistors genungsquelle direkt an den Kollektor angeschlossen führt ist. Zur Amplitudenregelung des Schwingstromes ist. Die Basiselektrode ist über einen Blockkonden- ist ein Regelkreis vorgesehen, über den ein gleichsator mit einer Klemme eines frequenzbestimmenden gerichteter Anteil des am Ausgang des Oszillators Kreises verbunden, dessen andere Klemme an der auftretenden Schwingstromes auf einen zwischen emitterseitigenBetriebsspannungsquellenklemme liegt. 65 Emitter und Basis des vorgeschalteten Transistors Dem frequenzbestimmenden Kreis, der einen befindlichen nichtlinearen Widerstand rückgekoppelt Schwingquarz oder eine Induktivität enthalten kann, wird. Dieser Regelkreis verbessert gleichzeitig die ist ein kapazitiver Spannungsteiler aus zwei in Reihe Frequenzkonstanz.