DE1766091A1

DE1766091A1 - Kristallgesteuerter Halbleiteroszillator

Info

Publication number: DE1766091A1
Application number: DE19681766091
Authority: DE
Inventors: Jan Czeslaw; Somerset Ilminster; Eugeniusz Jezierski; John Mclellan
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1968-04-02
Publication date: 1971-05-27
Also published as: SE333389B; FR1569952A; US3495187A; GB1177286A

Description

INTERNATIONAL

STANDARD ELECTRIC CORPORATION ') 7 U & Π Q 1

WEW YORK I / O O O ^ I

ISE/Reg.

E.C.J.Jezierski 1
J.McLellan 1

Kristallgesteuerter Halbleiteroszillator

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiteroszillatoren, die kristallgesteuert sind und auf eine Harmonische der Kristallgrundfrequenz abgestimmt werden können.

Die Verwendung von Kristallen sehr hoher Frequenzen ist nur zweckmäßig, wenn Obertöne des Kristalle ausgenutzt werden, da der Frequenzbereich von Kristallen höchster Güte auf die niedrigen Frequenzen beschränkt ist.

Kristallgesteuerte Oszillatoren, die auf mehr als eine Frequenz abgestimmt werden kön.len, verwenden gewöhnlich Spulen oder Transformatoren. Diese Schaltelemente sind in Mikroschaltungen schwierig unterzubringen, ohne daß die Vorteile des geringen Raumbedarfs bei diesen Schaltungen aufgegeben werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Schaltungen mit Halbleiteroszillatoren anzugeben, die keine Spulen oder Transformatoren verwenden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein kristallgesteuerter Oszillator hoher Stabilität für mehrere wählbare Frequenzen.

Bei einem kristallgesteuerten Halbleiteroszillator nach der Erfindung sind die Schaltelemente nur Widerstände und Kondensatoren und mindestens zwei Halbleiterelemente, die hintereinander geschaltet sind. Zwischen zweien der Halbleiterelemente befindet sich ein Rückkopplungskreis, um eine Schwingung zu erzeugen. Der Kristall beschränkt die Schwingung auf eine wählbare Harmonische seiner Grundfrequenz.

Sdt/P - 2 -

109822/0538

176SU91

Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. In diesen

Figur 1 das schematische Schaltbild eines Ausführungsbeispieles nach der Erfindung,

Figur 2 das schematische Schaltbild eines abgeglichenen Ausgangskreises,

Figur 3 das Schaltbild eines Oszillators für eine veränderbare Frequenz, der mehrere Kristalle verwendet, und

Figur k eine abgeänderte Schaltung nach der Erfindung, die über einen weiten Frequenzbereich steuerbar iet.

In Figur 1 enthält der Block 1 einen Transistor TR1, dessen Kollektor k sowohl an der Basis 9 des Transistors TR2 als auch über einen Widerstand R^ an der positiven Klemme 10 der Energiequelle liegt. Die Basis liegt sowohl am Kondensator C1 als auch am Verbindungepunkt der Widerstände R1 und R2. Die Vorspannung für die Basis. 9 des Transistors TR1 wird durch die Kette der Widerstände R1 und R2 erzeugt, die zwischen der Quelle des positiven Potentials 13 und dem Nullpunkt des Potentiale 11 liegt, an das ebenfalls die negative Energiequelle angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors TR2 liegt sowohl über einen Widerstand Ro an einer positiven Klemme der Energiequelle 10 als auch der Ausgangsklemme 12. Die Emitter 5 und 8 der Transistoren sind über einen Kondensator C2 zusammengeschaltet und liegen über dem Widerstand R5 bzw. R? an Erde. Ein Kondensator Ck liegt an den Klemmen 10 und 11 der Energiequelle.

Der Kondensator C2 und die Widerstände R5 und R7 ergeben zwischen den Emitterkreisen beider Transistoren eine Rückkopplung. Wenn die Klemme zur Erde kurzgeschlossen ist, ist die Anordnung ein Kipposzillator.

Wenn der Transistor TR1 leitend ist und der Transistor TR2 gesperrt ist, entwickelt der Ladestrom des Kondensators C2 eine negative Spannung am Widerstand R7, die ansteigt, bis ihn die Emitterspannungen des Transiutors TR2 leitend machen. Der Ladestrom des Kondensators C2 hört dann zu fließen auf und der Emitterstrom des Transistors TR1 beginnt abzufallen. Dieser Abfall bewirkt den Anstieg der Kollektorspannung des Transietors TR1, die auch die Basisspannung des Transistors TR2 ist. Ferner steigt der Strom durch den Translator TR2 an, bis der

ISE/Reg. 387^ 10982?/nS38 . -3-

I7BBÜ91

Transistor TR1 sperrt.

Wenn der Transistor TR2 jetzt leitend ist, sperrt der Transistor TR1. Eine ähnliche umgekehrte Wirkung tritt auf, wenn der Transistor TR1
wieder leitend ist und der Transistor TR2 sperrt.

Die Verbindung zwischen den Klemmen 2 und 11 ist ein Oberton-Kristall X1, der bei ungeraden Harmoniechen der Grundfrequensü ein Serdenresonanzkreis wird und einen niedrigen Widerstand aufweist, während er eine hohe Impedanz bei allen anderen Frequenzen besitzt. Da dieser Kristall am Eingang zum Transistor TR1 liegt, schwingt sein Kreis bei einer
harmonischen Frequenz und bei der Frequenz, die der Frequenz der Kippschwingung am nächsten ist.

Um die notwendige Harmonische auszuwählen, wird die Zeitkonctante der Rückkopplung vorzugsweise durch Verändern des Wertes des Kondensators C2 eingestellt.

Die Kristallfrequenzen können "gezogen" sein, d.h. die Grundresonanzfrequenz des Kristalls kann über einen kleinen Bereich von wenigen
100 Hz durch Verändern der Vorspannung am Transistor TR1 verändert
werden. Ein geeigneter Weg hierfür ist es, einp sich ändernde Spannung an den Widerstand R3 zu legen. Bei einigen kHz wird der Wert des Kondensators G2 eingestellt.

Eine Schaltung nach Figur 1 mit einem Ausgang im 7O/8O MHr.-Band unter Verwendung eines Oberton-Kristal 3n, der bei der fünften Iformonisehen seiner Grundfrequenz schwingt, und bei Verwendung von iij n-Transistoren mit einer Kollektorspeisespannung von -4 k Volt Gleichspannung ergeben sich Werte für die Widerstände und Kondensatoren von;

R1 1.8KQ C1
R2 1KÜ C2

R^ 220 Q Gk 100OpF

R5 500 Q C5 1000p

L Nebenschluß - Ο.68μ A (freotiichp.lt darf enteilt) R6 kl Q
R7 330 ß

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ISE/Reg. JÜ7k - h

Die Abänderung von Widerstands- und Kapazitätswerten bei Verwendung anderer Transistoren bei der Wahl abweichender Harmonischer oder zum Erzeugen anderer Kippschwingungen kann der Fachmann aus der Beschreibung der Arbeitsweise, der Schaltung und den einzeln oben angegebenen Werten entnehmen. Um eine Ausgangswellenform mit geringsten harmonischen Störungen zu erhalten, kann der Ausgang am Kollektor des Transistors TR1 abgenommen werden, wie Figur 2 zeigt, aus der auch die Schaltung zum Erhalt eines ausgeglichenen Ausganges zu entnehmen ist.

Ein abgeglichener Ausgang des Oszillators kann in einer in Figur 2 gezeigten Weise erhalten werden.

In Figur 2 wird der Widerstand R7 im Emitterkreis des Transistors TR2 durch zwei Widerstände R8 und R9 ersetzt. Die Summe ihrer Werte ist gleich dem Wert von R7. Der Widerstand R8 ist klein im Vergleich zum Widerstand R9. Der zweite Ausgang führt über den Kondensator C6 zur Verbindung von R8 und R9·

Die Ausgangsspannung ist in diesem Fall (Fig.2) geringer und die harmonische Verzerrung ist größer, aber/Frequenzsteuerbereich über eine Obertonfrequenz ist größer (durch die geänderte Zeitkonstante von R9 und C2) und somit ist der Ziehbereich der Kristallfrequenz größer als beim Beispiel nach Figur 1.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, das mehrere elektronisch geschaltete Kristalle für einen kristallgesteuerten Mehrfrequenzoszillator verwendet, wird in Figur 3 gezeigt. Der Block 16 kann dem Block nach Figur 1 oder dem Block ik nach Figur 2 identisch sein. Die Kristalle liegen mit einer Klemme an der Klemme 2 des Kondensators C1 und die andere Klemme liegt an einem entsprechenden Schaltkreis. Jeder Schaltkreis enthält eine Halbleiterdiode D1, deren Anode am Kristall und am Widerstand R1O liegt, der einen hohen Wert im Vergleich zum Widerstand R2 (Fig. 1 und 2) besitzt. Das andere Ende des Widerstandes R10 liegt an dem Verbindungspunkt des Widerstandes R11 und des Kondensators C7· Eine positive Schalt-Gleichspannung wird durch einen geeigneten Schalter an die Klemme 17 gelegt, der mit dem anderen Ende des Widerstandes R11 verbunden iet. Diese Spannung muß so hoch sein, daß ein Gleichstrom, der größer als der Spitzensignaletrom durch den Kristall ist, über die Widerstände R1O und ΙΪ11, eowie über die Diode D1 zur

109b

Erde fließt· Wenn die Schaltspannung an den Schaltkreis gelegt wird, wird die Impedanz der Dioden niedrig und die Schwingung des Kreises 1V wird durch den in der Schaltung liegenden Kristall gesteuert. Folglich wird durch das Anlegen der Schaltspannung an eine der Klemmen 17 bis 20 bewirkt, daß der zugehörige Kristall die Frequenz des Oszillators steuert. Der Kondensator 07 und der Widerstand E11 sind ein Entkopplungsnetzwerk zum Isolieren der Schaltquelle von der Schwingung.

Bei einem Aueführungsbeispiel, bei dem Ausgangsfrequenzen zwischen 70 und 80 MHz in 0,5 MHz Unterteilung gefordert werden, werden 20 Kristalle verwendet, die bei der fünften Harmonischen schwingen. Die für RIO, B1-1 und C6 verwendeten Werte sind dann 6,8 kOhm, 330 0hm bzw. 1000-pF.

Frequenzsteueranordnungen, die für einen weiten Frequenzbereich geeignet sind, zeigt Figur A-, in der die Schaltelemente dieselbe Funktion haben wie die mit denselben Bezugszeichen in Figur 1. . ■

In dieser Anordnung besitzt der Oszillator eine Grobsteuerung mittels des Widerstandes R31, des Transistors TR3 und des Widerstandes R32 und eine Feinsteuerung durch den Widerstand R33» R3^i die Kondensatoren G31, C32 und die Diode D 30· Das Anlegen einer positiven Schaltspannung an die Klemme 35 läßt den Transistor TR3 auf die Impedanz nahe Null kommen und schaltet den Widerstand R31 zum Widerstand R7 parallel, um die Zeitkonstante der Rückkopplungsschleife zu ändern.

Das Anlegen einer positiven Spannung an die Klemme 36 läßt einen Strom über den Widerstand R33, die Diode D30 und den Widerstand R3^ fließen und die Impedanz der Diode verändert sich mit der Amplitude der Spannung. Wenn die Impedanz der Diode geringer wird,·steigt die Wirkung der Kondensatoren C31 und C32, die parallel zum Kondensator C2 liegen, an und es ergibt eich eine Feineinstellung der Zeitkonstante der Rückkopplungsschleife, ■

Anlagen;

7 Patentansprüche

2 Bl. Zeichnungen ISE/Reg.

1098 2?/0 538

Claims

Patentansprüche .ι .-. ,-% r. n o Λ l/bbUal

1. Kristallgesteuerter Halbleiteroszillator, bei dem die übrigen Schaltelemente Widerstände und Kondensatoren sind und zwei Halbleiterelemente hintereinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Halbleiterelementen TR1 und TR2 eine Rückkopplung vorgesehen ist und der Kristall (X1) die erzeugte Schwingung auf. eine wählbare Harmonische der Grundfrequenz des Kristalls beschränkt.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter Transistoren sind, die Rückkopplung mit ihrem Eingang am Oszillatoreingang und mit dem Ausgang am Emitter des ersten TransistorB (TRi) liegt und der Kristall (Xi) an den Eingangekreis des ersten Transistors geschaltet ist»

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (TRi,TR2) unmittelbar zusammengekoppelt sind.

^. Oszillator nach Anspruch 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kristalle über entsprechende Schaltkreise an den Eingang des ersten Transistors (TR1) geschaltet sind.» ,

5. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (6) des ersten Transistors (TRi) sowohl über einen Kondensator (C1) an einer Sexta des Kristalls (Xi) als auch am Verbindungspunkt zweier Widerstände (RI,R2), die in Serie an der Energiequelle liegen, und der Kollektor (7) des zweiten Transistors (TR2) sowohl über einen Widerstand (R6) mit einer Klemme (lO) der Energiequelle und über einen Kondensator (C2) zusammengeschaltet und über entsprechende weitere Widerstände R5,R7) an der anderen Klemme der Energiequelle liegen.

6. Oszillator nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (8) des zweiten Transistors (TR2) über zwei Widerstände (r8,R9) an der zweiten Klemme der Energiequelle und der Verbindungspunkt beider Widerstands über einen weiteren Kondensator (C6) an einer zweiten Ausgangaklemma (15) liegt.

7. Oszillator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kristalle (X1) über gesteuerte Dioden (Dl) einzeln an den Eingang (2) der Translstorenschaltung anschaltbar sind.

38?if 1098 22/053 8'

L e e r s e i t e