DE1291779B

DE1291779B - Oszillator mit veraenderbarer Pulsfrequenz

Info

Publication number: DE1291779B
Application number: DEA45838A
Authority: DE
Inventors: Updike Abner Grover
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1963-04-22
Filing date: 1964-04-22
Publication date: 1969-04-03
Also published as: SE326218B; BE646225A; NL6403137A; US3219945A; GB1019817A

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Emitter-Kollektor-Strecke liegt, daß eine Vorspan-Oszillator, mit einem Kondensator, mit einer einen nungsquelle (E+, E-) in Reihe zur Emitter-Kollekkonstanten Strom zu dem Kondensator leitenden tor-Strecke und dem Widerstand liegt und über diese Ladeeinrichtung zur Speicherung elektrischer Ener- Strecke einen Strom schickt, daß die Ladeeinrichtung gie auf dem Kondensator mit einer Rate, die von der 5 ferner einen in einem zweiten Stromweg liegenden Amplitude eines an die Ladeeinrichtung angelegten zweiten Transistor aufweist, an dessen Basis von Eingangssignals abhängt und mit einer dem Konden- einer konstanten Bezugsspannungsquelle der über sator zugeordneten Schwellenwert-Entladungsein- dessen Emitter-Kollektor-Strecke führende Stromrichtung, die einerseits zur Entladung der auf dem nuß gesteuert wird, daß die Emitter-Kollektor-Kondensator gespeicherten Energie dient, wenn die io Strecke des zweiten Transistors in Reihe mit dem gespeicherte Energie einen ersten Schwellenwert Widerstand, dem Kondensator und der Vorspanüberschreitet, und die andererseits eine weitere Ent- nungsquelle liegt, derart, daß bei Abwesenheit eines ladung des Kondensators verhindert, wenn die auf Eingangssignals ein Strom mit konstanter Stärke über ihm gespeicherte Energie unter einen zweiten Schwel- den zweiten Transistor fließt,
lenwert fällt. 15 Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch ge-

Es sind beispielsweise aus dem »Taschenbuch der kennzeichnet, daß ein dritter und ein dazu komple-Hochfrequenztechnik« von Meinke—Gundlach, mentärer vierter Transistor vorgesehen sind, daß die Springer-Verlag, 1956, S. 981, Glimmlampenkipp- Emitter-Kollektor-Strecke des dritten Transistors generatoren bekanntgeworden, welche sägezahnför- zwischen die Verbindungsstelle von Kondensator und mige Signale erzeugen. Die Schaltung ist so ausge- ao zweitem Transistor und der Basis des vierten Tranführt, daß eine Gleichspannungsquelle über einen sistors geschaltet ist, daß der eine Anschluß der ohmschen Widerstand einen Kondensator auflädt. Emitter-Kollektor-Strecke des vierten Transistors mit Parallel zum Ladekondensator liegt eine Glimm- der Vorspannungsquelle verbunden ist und daß die lampe, die bei einem bestimmten am Kondensator Basis des dritten Transistors mit dem anderen Anstehenden Spannungsschwellenwert zündet. Dabei as Schluß der Emitter-Kollektor-Strecke des vierten entlädt sich der Kondensator über die im gezündeten Transistors verbunden ist.

Zustand niederohmige Glimmlampen. Ist die Span- Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in

nung am Kondensator während des Entladevorgangs der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher

auf einen bestimmten unteren Schwellenwert gefal- erläutert.

len, so reißt die Glimmentladung in der Glimmlampe 30 In der Figur ist eine bevorzugte Ausführungsform ab, so daß diese nichtleitend wird. Nun kann der der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungs-Kondensator wieder aus der Gleichspannungsquelle form ist eine Eingangsklemme 10 mit der Basis eines aufgeladen werden. Der vorstehend beschriebene PNP-Transistors Q₂ und über einen Widerstand 50 Vorgang läuft dann erneut ab. mit Masse verbunden. Der Emitter des Transistors

Aus dem obengenannten »Taschenbuch der Hoch- 35 Q₂ ist über einen Widerstand 52 mit einer positiven

frequenztechnik« ist es weiterhin bekannt, die Form Spannungsquelle (E+) verbunden. Der Kollektor

des Ladestroms des Kondensators, welcher bei der des Transistors Q₂ ist an eine negative Transistor-

oben beschriebenen Normalausführung der Schal- Spannungsquelle (E-) angeschaltet. Ferner ist ein

tung nach einer e-Funktion verläuft, durch spezielle zweiter PNP-Transistor Q₃ vorgesehen, dessen Emit-Schaltungsmaßnahmen zu beeinflussen. So kann bei- 40 ter mit dem Emitter des Transistors Q₂ und dessen

spielsweise der Ladestrom konstant gehalten werden, Kollektor über einen Kondensator 54 mit der nega-

wenn der Widerstand, über den der Ladestrom fließt, tiven Spannungsquelle (E-) verbunden ist. Die

durch eine Schirmgitterröhre ersetzt wird, deren Basis des Transistors Q₃ liegt an Masse.

Anodenstrom bei festen Gitterspannungen unabhän- In der Schaltung ist ein weiterer PNP-Transistor gig von der Anodenspannung ist. 45 Q₄ vorgesehen, dessen Emitter mit dem Kollektor

Derartige Kippgeneratoren bzw. Oszillatoren be- des Transistors Q₃ und dessen Kollektor mit der

sitzen zwar an sich den Vorteil, daß sie ohne beson- Basis eines NPN-Transistors Q₅ verbunden ist. Der

dere Maßnahmen anschwingen. Emitter des Transistors Q₅ ist an die negative Span-

Andererseits besitzen sie jedoch den Nachteil, daß nungsquelle (E-) angeschlossen. Der Kollektor des

die Kipp- bzw. Oszillatorfrequenz von Betriebs- 50 Transistors Q₅ ist über einen Widerstand 56 an die

Schwankungen abhängig ist und daß vor allem die Basis des Transistors Q₄ angeschlossen. Die Basis

Glimmlampe sehr träge ist, so daß die Kipp- bzw. des Transistors Q₄ ist über einen Widerstand 58 mit

Oszillatorfrequenz auf das Niederfrequenzgebiet be- einem verschiebbaren Schleifer 60, der sich an einem

schränkt ist. ohmschen Spannungsteiler 62 befindet, verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- 55 Der Spannungsteiler 62 liegt zwischen der negativen gründe, einen Oszillator anzugeben, dessen Schwing- Spannungsquelle (E-) und Masse. Die Ausgangsfrequenz weitgehend unabhängig von Betriebs- klemme 22 ist mit dem Kollektor des Transistors Q₅ Spannungsschwankungen genau proportional zur verbunden.

Amplitude des Eingangssignals der Ladeeinrichtung Der in der Figur dargestellte Widerstand 50 kann

ist und der sich zur Erzeugung hoher Schwingfre- 60 als Eingangsstufe, der Transistor Q₂ als die Strom-

quenzen eignet. Steuervorrichtung und der Transistor Q₃ und die

Diese Aufgabe wird bei einem Oszillator der ein- Spannungsquellen als die Gleichspannungsquelle be-

gangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch trachtet werden. Der Kondensator 54 ist eine Ener-

gelöst, daß die Ladeeinrichtung einen in einem ersten giespeichervorrichtung, während die Transistoren Q₄

Stromweg liegenden ersten Transistor aufweist, an.65 und Q₅ und die verbindenden Schaltglieder die

dessen Basis der von dem Eingangssignal über die Schwellenwert-Entladeeinrichtung darstellen.

Emitter-Kollektor-Strecke führende Stromfluß ge- Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der in

steuert wird, daß ein Widerstand in Reihe zu dieser der Figur dargestellten Ausführungsform sei ange-

nommen, daß der Eingangsklemme IO ein Eingangs- noch weiter in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, signal 70 zugeführt wird. Zum Zeitpunkt t₀ befindet Dieser Rückkopplungsvorgang bewirkt, daß die sich die Amplitude des Eingangssignals 70 auf einem beiden Transistoren Q₄ und Q₅ sehr schnell ihre ersten Pegelwert und bewirkt einen Stromfluß in der höchste Leitfähigkeit erreichen. Der Spannungsabfall Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q₂. Am 5 am Widerstand 56 bewirkt während der größten Emitter des Transistors Q₃ stellt sich folglich ein be- Stromleitung für den Transistor Q₁ eine Kollektorstimmter Spannungspegel ein, welcher einen Strom- spannung, die zur noch schnelleren Entladung des nuß im Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors Q₃ Kondensators 54 beiträgt. Sobald die Spannung am bewirkt und den Kondensator 54 lädt. Zum Zeit- Kondensator 54 niedrig genug wird, so daß die punkt ij steigt die Amplitude des Eingangssignals 70 to Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q_i weniger auf einen zweiten Pegelwert an; der in der Emitter- stark in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, wird der Kollektor-Strecke des Transistors Q₂ fließende Strom Basisstrom des Transistors Q₅ reduziert, so daß das wird verringert und folglich das Emitterpotential des dem Schleifer 60 zugeführte Bezugspotential und Transistors Q₃ erhöht, wodurch wiederum der Lade- folglich die Basis des Transistors Q₄ zurück auf den strom des Kondensators 54 ansteigt. Zum Zeitpunkt 15 Ruhewert anzusteigen braucht. Die beiden Tran-ίο fällt die Amplitude des Eingangssignals 70 auf sistoren Q₄ und Q₃ werden folglich auf eine regeneeinen dritten, zwischen dem ersten und dem zweiten rative Weise abgeschaltet, weil das ansteigende Po-Pegelwert gelegenen Pegel; der Strom in der Emitter- tential des Schleifers 60 den Transistor Q₄ in Sperr-Kollektor-Strecke des Transistors Q₂ steigt an, das richtung vorspannt, so daß damit die Leitfähigkeit Potential am Emitter des Transistors Q₃ wird niedri- 20 vollständig beendet wird. Auf diese Weise beginnt ger und damit der Ladestrom des Kondensators 54 der Kondensator 54 sich wiederum aufzuladen,
reduziert. Es sei darauf hingewiesen, daß der Strom in der

Die Transistoren Q₂ und Q₃ können zusammen als Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q₃ durch ein Differenzverstärker betrachtet werden, dessen zwei Extremwerte begrenzt wird. Wenn nämlich der Potentialdifferenz zwischen dem an der Basis des 25 Stromfluß zu gering ist, verhindern die Nebenschluß-Transistors Q₂ angelegten Signal und dem Signal, Verluste das Aufladen des Kondensators 54 auf eine das an der Basis des Transistors Q₃ anliegt, die Auf- für die Durchlaßvorspannung des Transistors Q₄ geteilung des Stromflusses durch den Widerstand 52 in nügend hohe Spannung. Andererseits bleiben die die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren Q₂ Transistoren Q₄ und Q₅, wenn der Stromfluß zu groß und Q₃ bestimmt. Durch die Benutzung der Diffe- 30 ist, in Durchlaßrichtung vorgespannt, sofern der Zurenz-Verstärkeranordnung wird sichergestellt, daß stand der Leitfähigkeit einmal eingetreten ist. Der in der im Transistor Q₃ fließende Emitter-Kollektor- der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q₃ Strom proportional dem Pegel des Eingangssignals normalerweise fließende Strom entspricht natürlich an der Basis des Transistors Q₂ ist. der Mittelfrequenz, für die der Oszillator ausgelegt

Wie oben bereits angegeben, kann bei geeigneter 35 ist.

Wahl des Transistors Q₃ ein extrem hoher Kollektor- Beim ersten Pegelwert eines Eingangssignals 70,

widerstand verwendet werden, so daß der Emitter- welches der Eingangsklemme 10 zugeführt wird, Kollektor-Strom des Transistors Q₃ im wesentlichen kommt ein relativ hoher Stromfluß durch den Tranunempfindlich gegen Änderungen der Kollektorspan- sistor Q₂ und folglich ein relativ niedriger Stromfluß nung bleibt. 40 durch den Transistor Q₃ zustande. Auf diese Weise

Die Basis des Transistors Q₄ liegt an einer Be- wird der Kondensator 54 mit einer relativ geringen zugsspannung, welche durch die Einstellung des Geschwindigkeit geladen und, in Übereinstimmung Schleifers 60 am Spannungsteiler 62 gegeben ist. So- damit, werden zwischen den Zeitpunkten t₀ und ^₁ lange die Spannung am Kondensator 54 kleiner ist relativ wenige Ausgangsimpulse erzeugt. Wenn andeals der Spannungsabfall an den zwischen der Basis 45 rerseits zwischen den Zeitpunkten t_t und t₂ der Pegel des Transistors Q₄ und der negativen Spannungs- des Eingangssignals auf den zweiten Pegelwert anquelle (E-) liegenden Widerstände, bleibt die Emit- steigt, kommt im Transistor Q₃ und dem Kondenter-Basis-Strecke des Transistors Q₄ in Sperrichtung sator 54 ein bedeutend größerer Stromfluß zustande, vorgespannt, und die beiden Transistoren Q₄ und Q₅ Folglich werden zwischen den Zeitpunkten J₁ und t₂ befinden sich deshalb in einem nichtleitenden Zu- 50 eine größere Anzahl von Impulsen an der Ausgangsstand. Sobald die Spannung am Kondensator 54 groß klemme 22 erzeugt. Der dritte Pegelwert des an der genug wird, so daß die Emitter-Basis-Strecke des Eingangsklemme 10 zwischen den Zeitpunkten L₁ und Transistors Q₄ in Durchlaßrichtung vorgespannt t_s angelegten Signals liegt in der Größe zwischen den wird, kommt ein Stromfluß in der Emitter-Kollektor- vorher zugeführten Pegelwerten; die Frequenz des Strecke des Transistors Q₄ und in die Basis des 55 Ausgangssignal liegt zwischen den Zeitpunkten t₂ Transistors Q₅ zustande. Der Transistor Q₅ wird folg- und t_z folglich in ihrer Größe zwischen den vorher lieh in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß in erzeugten Frequenzen.

seiner Kollektor-Emitter-Strecke ein Strom zu fließen Bei Bedarf kann ein sägezahnförmiges Signal, wel-

beginnt. Der Kollektorstrom des Transistors Q₅ ver- ches in der Frequenz mit dem Rechtecksignal, das schiebt das dem Schleifer 60 zugeführte Bezugs- 60 an der Ausgangsklemme 22 zur Verfügung steht, potential zu tieferen Werten hin und verschiebt da- übereinstimmt, am Emitter des Transistors Q₄ abgemit die Spannung an der Basis des Transistors Q₄ griffen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß, obweiter in Durchlaßrichtung. Mit anderen Worten, gleich sich die Frequenz der Sägezahn- und der sobald die Spannung am Kondensator 54 einen be- Rechteck-Signale in den verschiedenen dargestellten stimmten Wert übersteigt, wird der Transistor Q₄ in 65 Zeitperioden ändert, die Amplitude eines jeden der Durchlaßrichtung vorgespannt; der Transistor Q₄ Impulse gleich ist.

spannt den Transistor Q₅ in Durchlaßrichtung vor, Die obigen Ausführungen beschreiben einen Os-

welcher regenerativ bewirkt, daß der Transistor Q₄ zillator mit veränderbarer Frequenz, welcher die

Frequenzänderung eines Ausgangssignals proportional den Amplitudenänderungen eines angelegten Eingangssignals ermöglicht. Zur Ausführung dieser Funktion sind hier im einzelnen außerordentlich einfache Schaltungen angegeben, welche sehr wenige voneinander abhängige Einzelteile enthalten; die Schaltungen sind so beschaffen, daß sie innerhalb extrem weiter Bereiche linear arbeiten. Darüber hinaus ist der Bereich, in dem eine in Übereinstimmung mit den vorliegenden Angaben ausgelegte Schaltung betrieben werden kann, durch den Kondensator und die Stromquellen-Bezugsspannung bestimmt; der Betriebsbereich einer solchen Schaltung kann allein durch Änderung des Kapazitätswertes des Kondensators oder der Bezugsspannungen geändert werden.

Zusätzlich zu den vorher angegebenen Merkmalen der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß das frequenzbestimmende Element der Schaltungen, der Kondensator nämlich, durch eine an der Ausgangsklemme 22 angeschlossene Last nicht beeinflußt ao wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Oszillator mit veränderbarer Pulsfrequenz, mit einer einen konstanten Strom zu dem Kon- as densator leitenden Ladeeinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie auf dem Kondensator mit einer Rate, die von der Amplitude eines an die Ladeeinrichtung angelegten Eingangssignals abhängt und mit einer dem Kondensator zügeordneten Schwellenwert-Entladungseinrichtung, die einerseits zur Entladung der auf dem Kondensator gespeicherten Energie dient, wenn die gespeicherte Energie einen ersten Schwellenwert überschreitet und die andererseits eine weitere Entladung des Kondensators verhindert, wenn die auf ihm gespeicherte Energie unter einen zweiten Schwellenwert fällt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung einen in einem ersten Stromweg liegenden ersten Transistor (ß₂) aufweist, an dessen Basis der von dem Eingangssignal über die Emitter-Kollektor-Strecke führende Stromfluß gesteuert wird, daß ein Widerstand (52) in Reihe zu dieser Emitter-Kollektor-Strecke liegt, daß eine Vorspannungsquelle (E+, E-) in Reihe zur Emitter-Kollektor-Strecke und dem Widerstand (52) liegt und über diese Strecke einen Strom schickt, daß die Ladeeinrichtung ferner einen in einem zweiten Stromweg liegenden zweiten Transistor (ß₃) aufweist, an dessen Basis von einer konstanten Bezugsspannungsquelle der über dessen Emitter-Kollektor-Strecke führende Stromfluß gesteuert wird, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors (Q₃) in Reihe mit dem Widerstand (52), dem Kondensator (54) und der Vorspannungsquelle (E+, E-) liegt, derart, daß bei Abwesenheit eines Eingangssignals ein Strom mit konstanter Stärke über den zweiten Transistor (Q₃) fließt.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter und ein dazu komplementärer vierter Transistor (Q₄, Q₅) vorgesehen sind, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des dritten Transistors (ß₄) zwischen die Verbindungsstelle von Kondensator (54) und zweitem Transistor (ß₃) und der Basis des vierten Transistors (Q₃) geschaltet ist, daß der eine Anschluß der Emitter-Kollektor-Strecke des vierten Transistors (ß₅) mit der Vorspannungsquelle (E-),verbunden ist und daß die Basis des dritten Transistors (Q₁) mit dem anderen Anschluß der Emitter-Kollektor-Strecke des vierten Transistors (Q₅) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen