DE1516789B2 - Oszillatorschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung mit nur einem Schwingungskreis, der mittels einer spannungsabhängigen Kapazität, z. B. einer Diode, in einem Bereich von Frequenzen abgestimmt wird.

Am Ausgang einer solchen Oszillatorschaltung wird in der Regel eine größere Schwingungsamplitude erstrebt, z. B. in der Größenordnung von einigen Volt. Wegen des zur Änderung der Abstimmung erwünschten Zusammenhanges zwischen angelegter Spannung und Kapazität ergibt sich, daß sich bei einer größeren Aussteuerung, z. B. durch die Ausgangsspannung des Oszillators, die Kapazität auch in Abhängigkeit von dem Momentanwert der anliegenden Schwingkreis-Wechselspannung ändert derart, daß die Schwingungen verzerrt werden können und auch ihr Mittelwert verschoben wird, so daß dann die eingestellte Frequenz von der Amplitude der Oszillatorschwingungen abhängt. Ebenso ergibt sich bei einer Aussteuerung in den Durchlaßbereich des Varicap ein Gleichrichtereffekt mit starker Dämpfung des Kreises und Verstimmung desselben.

Bei einer Oszillatorschaltung der eingangs erwähnten Art werden diese Nachteile vermieden, wenn gemäß der Erfindung der Oszillatorschwingungskreis am Eingang eines linearen Hochfrequenzverstärkers liegt, an dessen Ausgang eine nicht abstimmbare Impedanz, z. B. ein Ohmscher Widerstand oder eine Induktivität, angeschlossen ist und der einen Rückkopplungskreis und einen Kreis zur Stabilisierung der Ausgangsamplitude enthält.

Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, daß an der spannungsabhängigen Kapazität nur ein Bruchteil der Oszillator-Ausgangsamplitude auftreten soll, der klein ist gegenüber dem maximalen Aussteuerbereich der spannungsabhängigen Kapazität; dann ist sichergestellt, daß in dem Bereich, in dem die Spannung durch die Oszillatorschwingungen geändert wird, die Kapazität praktisch konstant bleibt, und ein störender Einfluß auf Form, Frequenzbereich, Frequenz und Bedämpfung der Oszillatorschwingungen vermieden wird. Dies könnte z. B. dadurch erreicht werden, daß die spannungsabhängige Kapazität, etwa über eine Anzapfung an der Induktivität, transformiert an den Schwingungskreis angeschlossen wird. Dabei ergibt sich jedoch eine beträchtliche Verminderung des Abstimmbereiches, wenn nicht der Wert der spannungsabhängigen Kapazität entsprechend dem Transformationsverhältnis wesentlich vergrößert wird.

Nach der Erfindung wird der ganze Schwingungskreis derart betrieben, daß an ihm nur niedrige Spannungen auftreten und somit die spannungsabhängige Kapazität in üblicher Weise angeschaltet werden kann. Die erforderliche Ausgangsamplitude wird durch den linearen Verstärker erzielt, der auch die Energie zum Ausgleich der Schwingkreisdämpfung aufbringt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der

F i g. 1 schematisch eine Oszillatorschaltung nach der Erfindung zeigt, während in

F i g. 2 ein in spezieller Weise ausgebildeter Teil des Rückkopplungskreises dargestellt ist, der nach

F i g. 3 auch zur Gewinnung einer Verstärkungs-Regelspannung dient.

In F i g. 1 wird der Schwingungskreis 1 mit der Induktivität! abgestimmt mittels einer Kapazitäts-Diode 3, die mit einem Gleichspannungs-Trennkondensator4 in Reihe geschaltet der Induktivität 2 parallel liegt. Die Induktivität 2 kann auch ein anderes Resonanzelement, z. B. ein Teil einer Lecherleitung oder ein Topfkreis, sein, der durch Verändern einer angeschalteten spannungsabhängigen Kapazität abgestimmt werden kann. Zwischen Erde und einer Abstimmregelleitung 5 wird der Diode 3 eine in Sperrichtung anliegende Vorspannung zugeführt, mittels derer die Kapazität eingestellt wird. Die Vorspannung 5 wird zweckmäßig einer stabilisierten Spannungsquelle über eine Potentiometerschaltung entnommen, die auch noch Einstellregler zum Abgleich des Regelbereiches enthalten kann.

Der Schwingungskreis 1 ist, gegebenenfalls in der gestrichelt dargestellten Schaltung an einer Anzap-

fung, nach der Erfindung an den Eingang eines linearen Hochfrequenzverstärkers 6 angeschlossen, der vorzugsweise wenigstens eine oder zwei Halbleiter-Verstärkerstufen enthält/Diese können als integrierter Halbleiterverstärker aufgebaut sein derart, daß auf einem Halbleiterkörper die erforderlichen Zonen verschiedener Leitfähigkeit und die dazugehörigen Verbindungen sowie weitere Schaltelemente angebracht sind. Am Ausgang des Verstärkers ist eine nicht abstimmbare Impedanz7, z.B. ein Ohmscher Widerstand oder eine Induktivität, angeschlossen, der die Ausgangsschwingungen für weitere Schaltungsteile, z.B. eine Mischstufe eines Empfängers, entnommen werden. Damit der Oszillator erregt wird, ist zwischen dem Ausgang und dem Eingang ein im wesentlichen frequenzunabhängiges Rückkopplungsnetzwerk 8 angebracht, das z. B. aus einem Längswiderstand oder einem T-Glied bestehen kann. Dadurch wird der durch Dämpfung im Schwingungskreis 1 verlorengehende Energieanteil vom Ausgang des Verstärkers her zurückgeführt und ein andauerndes Schwingen erreicht.

Um sicherzustellen, daß die Amplitude der Oszillatorschwingungen nicht zu groß wird und der Verstärker 6 nur in seinem linearen Bereich ausgesteuert wird, wird vom Ausgang des Verstärkers 6 vom Widerstand 7 eine Regelgröße entnommen, mit der die Verstärkung so eingestellt wird, daß die Ausgangsamplitude und damit die Eingangsamplitude weitgehend konstant sind. Dazu kann die Ausgangsamplitude einer Anordnung9 zugeführt werden, die z.B. einen in Sperrichtung eingestellten Gleichrichter enthält, der bei Überschreiten eines dem Sollwert der Ausgangsamplitude entsprechenden Schwellwertes eine Regelgröße liefert, durch die der Arbeitspunkt wenigstens eines Verstärkerelementes so verschoben wird, daß die Verstärkung herabgesetzt und damit die Ausgangsamplitude stabilisiert wird. Die Regelung kann daher kontinuierlich, oder erst von einem bestimmten Schwellwert an wirken.

Eine Begrenzung der Amplitude der rückgekoppelten Schwingungen und damit eine Beschränkung der Amplitude am Schwingungskreis 1 läßt sich auch erreichen, wenn das Rückkopplungsnetzwerk nach Fig. 2 mit entgegengesetzter Polung parallelgeschaltete Dioden mit innerem Schwellwert in der Größen-Ordnung von einigen Zehntel Volt enthält. Solange die rückgekoppelten Schwingungen an der Stelle der Dioden deren Schwellwert nicht übersteigen, werden sie nicht beeinflußt. Wenn die Schwingungen jedoch diesen Schwellwert übersteigen, werden die Dioden stromdurchlässig und begrenzen die Amplitude der zurückgeführten Schwingungen. Dabei tritt an dieser Stelle eine Verformung des Schwingungsverlaufes auf. Da die Ausgangsschwingungen sinusförmig sein sollen, muß daher der Diodenbegrenzer 10,11 vom Ausgang entkoppelt sein, z. B. durch einen Längswiderstand 12. Auch die Schwingungen am Resonanzkreis 1 sollen durch die Dioden 10, 11 nicht beeinträchtigt werden; es wird daher auch zum Eingang hin eine Entkopplung durchgeführt, z.B. durch einen Längswiderstand 13. Die Widerstände 12 und 13 sind dann insgesamt so zu bemessen, daß die für die Rückkopplung erforderliche Spannungsherabsetzung vom Ausgang auf den Eingang eintritt.

Mit einem Rückkopplungsnetzwerk nach Fig.2 wird nur eine Begrenzung der Rückkopplungs-Amplitude bewirkt; Änderungen der Dämpfung des Schwingungskreises 1 und/oder der Verstärkung könnten sich immer noch auswirken, so daß ein Amplituden-Stabilisierungskreis 9 außerdem zweckmäßig zu verwenden ist. Die Verstärkungs-Regelspannung kann den Begrenzungsdioden im Rückkopplungsnetzwerk entnommen werden, wenn gemäß F i g. 3 die Dioden über die Reihenschaltung zweier von Kondensatoren 20 und 21 überbrückter Widerstände 22 und 23 verbunden sind, von denen ein Punkt an Erde liegt. An den Kondensatoren 20, 21 tritt dann eine Regelspannung auf, die der den Schwellwert der Dioden 10 und 11 übersteigenden Amplitude der Rückkopplungsschwingungen entspricht. Wenn der Rückkopplungszweig gleichstrommäßig nicht festgelegt ist, z.B. durch Trennkondensatoren 24 und 25, kann das eine Ende der Reihenschaltung der Kondensatoren 20, 21 an Erde gelegt und dem anderen Ende die Regelspannung entnommen werden. Auch andere an sich bekannte Schaltungen zur Regelspannungserzeugung können hier verwendet werden.

Für die Einstellung bzw. Regelung der Ausgangsamplitude an der Impedanz 7 auf einen gewünschten Wert können auch an sich bekannte andere Mittel verwendet werden, z. B. ein der Impedanz 7 parallelgeschalteter Heißleiter, dessen Widerstand bei zunehmender Amplitude merklich abnimmt. Zur Verstärkung dieser Regelungswirkung kann der diesen Heißleiter durchfließende Strom dem Eingang des Verstärkers 6 gegenkoppelnd zugeführt werden.

Um die erforderliche Linearität des Verstärkers 6 zu erhalten, kann in bekannter Weise eine Gegenkopplung vorgenommen werden. Dies wird insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn der Verstärker 6 stark ausgesteuert werden soll, um den Aufwand niedrig zu halten. Für diese Gegenkopplung kann ein Netzwerk 30 innerhalb oder außerhalb des Verstärkers 6 zwischen seinem Ausgangskreis und einem Eingangskreis eingeschaltet werden, wie es in F i g. 1 gestrichelt angedeutet ist. Um die richtige Phasenlage herzustellen, kann im Netzwerk 30 oder beim Anschluß an den Ausgang oder den Eingang des Verstärkers 6 eine etwa erforderliche Phasendrehung, insbesondere eine Phasenwendung um etwa 180°, vorgenommen werden.

Das Gegenkopplungsnetzwerk 30 kann in der Regel nicht zwischen den gleichen Eingangs- und Ausgangs-Klemmen angeschlossen werden wie das Rückkopplungsnetzwerk 8, sondern es wird mit einem anderen Eingangspunkt des Verstärkers 6 verbunden. Solche unterschiedliche Eingangspunkte sind z. B. die Basis und der Emitter eines Transistors.

Die erforderliche Energie-Zurückführung an den Schwingungskreis 1 über das Netzwerke kann auch über eine andere Kopplung, z. B. eine Stromkopplung über eine Anzapfung an der Induktivität 2, vorgenommen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zwischen dem Schwingungskreis 1, 2, 3, 4 und der Ausgangsimpedanz 7 liegenden, zum Verstärker 6 gehörenden Schaltelemente, also insbesondere das Rückkopplungsnetzwerk 8, das Gegenkopplungsnetzwerk 30 und die Schaltungsanordnung 9 zur Amplituden-Regelung, baulich vereinigt sind, vorzugsweise als integrierter Schaltkreis auf einer Halbleiterplatte 33, die in der Figur durch eine Umgrenzungslinie dargestellt ist. Dann ergeben sich ein besonders geringer Raumbedarf und große elektrische und mechanische Stabilität. Natürlich kann auch der Ausgangswiderstand 8 und/oder der Kapazitätsdiodenzweig 3, 4 mit auf der

Halbleiterplatte angebracht sein, so daß lediglich der Schwingungskreis 1 und eine Leitung 31 zur Entnahme der Oszillatorschwingungen anzuschließen sind. Der integrierte Schaltkreis kann auch Schaltelemente, die gegebenenfalls Teile wenigstens eines der Kopplungsnetzwerke bilden, enthalten, deren Wert sich mit der Temperatur ändert derart, daß sich eine Temperaturkompensation hinsichtlich der Frequenz und/oder der Amplitude der erzeugten Schwingungen ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Oszillatorschaltung mit nur einem Schwingungskreis, der mittels einer spannungsabhängigen Kapazität, z. B. einer Diode, in einem Bereich von Frequenzen abgestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreis (1) am Eingang eines linearen Verstärkers (6) liegt, an dessen Ausgang eine nicht abstimmbare Impedanz (7), z.B. ein Ohmscher Widerstand oder eine Induktivität, angeschlossen ist und der einen Rückkopplungskreis (8) und einen Kreis (9) zur Stabilisierung der Ausgangsamplitude enthält.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsamplitude durch Regelung, insbesondere durch Arbeitspunktverschiebung, stabilisiert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis einen Begrenzer, z. B. wenigstens eine mit einem Schwellwert versehene Diode (10, 11), enthält, der vorzugsweise etwa gleich stark gegenüber dem Eingangs-Schwingungskreis (1) und gegenüber der Ausgangsimpedanz (7) entkoppelt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromzweig wenigstens einer Diode (10, 11) ein Belastungsglied (20, 21, 22, 23) angeordnet ist, dem die Regelgröße für den Verstärker entnommen wird.

5. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (6) zur Erzielung der erforderlichen Linearität einen Gegenkopplungskreis (30) enthält, der an einen anderen Eingangspunkt des linearen Verstärkers angeschlossen ist als der Rückkopplungszweig.

6. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß.der Verstärker (6) ein vorzugsweise zweistufiger, integrierter Halbleiterverstärker ist, bei dem auf einem Halbleiterkörper die erforderliche Zone verschiedener Leitfähigkeit und Verbindungen sowie die Rückkopplungs-Impedanzen und die Schaltelemente für den Amplituden-Stabilisierungskreis angebracht sind.