DE1766295C3

DE1766295C3 - Schaltbarer Oszillator mit wenigstens einem Transistor

Info

Publication number: DE1766295C3
Application number: DE1766295A
Authority: DE
Inventors: Robert Colombes Delignieres (Frankreich)
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1967-05-02
Filing date: 1968-05-02
Publication date: 1979-06-07
Also published as: GB1228913A; US3503008A; NL6806110A; LU55999A1; FR1581456A; BE714476A; DE1766295A1; DE1766295B2

Description

beträgt, wobei L und C die jeweiligen Werte der induktivität bzw. der Kapazität des Schwingkreises (L, C. R) sind.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wert der Steuerspannung (Vi) derart gewählt ist, daß die Stromstärke im Emitterkreis des Transistors ("7}bei diesem Wert der Steuerspannung (V2) genau mit demjenigen Stromwert übereinstimmt, der sich am Knick der Kurve ergibt, welche den Verlauf des Stromverstärkungskoeffizienten

II,

des Transistors (T) in Abhängigkeit von der Stromstärke im Emitterkreis darstellt.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Induktivität L, des Widerstandes R und der Kapazität C im Kollektorkreis mit den Werten des Widerstandes R\ und der Kapazität C\ im Emitterkreis verknüpft sind durch die Beziehung

L Κι /. K|»-i \

!C = * I' " R₃CV, J'

a = —

A U AI_t

10

15

30

•10

45

50

55

RC

wo Rb der Wert des Widerstandes der Basis des Transistors ist und λ und Cb_x Größen darstellen, die bo für den ersten Wert der Steuerspannung (Vi) durch den Stromverstärkungskoeffizienten zu

65

4. Oszülatorschaltung nach Anspruch 1, unter Verwendung von zwei Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T) den Schwingkreis (L, R, C) in seinem Kollektorkreis und den einstellbaren Kondensator (C]) in seinem Emitterkreis aufweist, daß die Einrichtung (P) zum Anlegen der Steuerspannung an der Basis dieses Transistors (T) liegt und daß die Basis des zweiten Transistors (T') mit dem Schwingkreis (L, R, C) über Koppelglieder (Cs) und der Kollektor des zweiten Transistors (T') mit der Basis des ersten Transistors (T) verbunden sind, derart, daß der zweite Transistor (T') eine zusammen mit der inneren Basis-Kollektor-Kapazität des ersten Transistors gebildete Rück-Lopplungsschleife ergibt.

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bzw- durch die Eigenkäpäzität des Bäsis-Köllektöf-Übergangs des Transistors festgelegt sind,

Die Erfindung bezieht sich auf einen schaltbaren Oszillator mit wenigstens einem Transistor, dessen drei Elektroden jeweils über eine Vorspannungsimpedanz an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, wobei die zwischen dem Kollektor und der Gleichspannungsquelle liegende Impedanz aus einem Schwingkreis besteht und die zwischen dem Emitter und der Gleichspannungsquelle liegende Impedanz einen Widerstand und einen einstellbaren Kondensator in Parallelschaltung aufweist und wobei mit der Basis eine Einrichtung zum Anlegen einer Steuerspannung verbunden ist (US-PS 32 25 313).

Dabei handelt es sich um einen Oszillator, dessen Schwingungen große Amplitudenstabilität aufweisen und dessen Ein- und Ausschalt-Steuervorgänge keinerlei störende Übergangsschwingungen hervorrufen. Außerdem soll der Beginn der Schwingungen bei einer festen Phasenlage erfolgen.

Ein solcher Oszillator ist vielseitig verwendbar, beispielsweise in Zeitmeßvorrichtungen (insbesondere für die Radartechnik), in Sendermodulationsschaltungen (Radio, Radar, Schall), in Analogrechnerschaltungen und in Fernmeßvorrichtungen (Multiplexschaltung). Insbesondere soll der Oszillator bei der Impulsmodulation anwendbar sein.

Ein einfacher bekannter Oszillator, der oft mit dem Ausdruck »ringing circuit« bezeichnet wird, besteht im wesentlichen aus einem Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils über einen Vorspannungswiderstand an eine elektrische Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.

Im Kollektorkreis des Transistors liegt ein Schwingkreis. Außerdem sind Schaltmittel vorgesehen, die es erlauben, den Oszillator durch Variation der Polarität der Basisvorspannung am Transistor von einem ersten Zustand, in dem die Induktivität des Schwingkreises von einem durch die Spannungsquelle gelieferten Gleichstrom durchlaufen wird, in einen zweiten Zustand zu überführen, in welchem der Transistor gesperrt ist. Dabei schwingt der Schwingkreis mit einer Frequenz, die mit seiner Abstimmfrequenz übereinstimmt.

Ein solcher Oszillator weist zum einen wegen der Dämpfung den Nachteil einer Amplitudenverminderung der Schwingungen in Abhängigkeit von der Zeit Und zum andereri den Nachteil auf, daß Übergangsstörimpulse beim Rückschaltvorgang aus dem zv/eiten Zustand des Oszillators in seinen ersten auftreten.

Dem ersten dieser Nachteile kann dadurch abgeholfen werden, daß den Energieverlusten, die zur Dämpfung der Schwingungen führen, entgegengewirkt wird.

Bei bekannten Lösungen ist dem Schwingkreis ein Element parallel geschaltet, das unter bestimmten Arbeitsbedingungen einen negativen Widerstand von einem Wert aufweist, der genau den ohmschen Widerstand des Tc-hwingkreises zu Null macht. Ein solches Element wird z. B. durch eine Tunneldiode oder einen Unijunction-Transistor gebildet. Andere Lösungen, beispielsweise die Hartley- oder Colpitts-Oszillatoren, weisen eine Rückkopplungschleife auf. Dabei wird ein Bruchteil der im Schwingkreis auftretenden Schwingungen dem Basiskreis des Transistors zügeführt

Diese bekannten Schaltungen sind jedoch hinsichtlich des Oszillatorkreises kompliziert aufgebaut und beseitigen im übrigen nur den ersten der erwähnten Nachteile, nämlich die Dämpfung der Schwingungen. Die Übergangsstörimpuiäe, die sich insbesondere beim Abschalten für die Schwingungen einstellen, werden nicht unterdrückt

Mit den bekannten Lösungen ist es lediglich möglich, diese Übergangsstörungen auf ein Minimum herabzu- >=> setzen, wofür schwierige Regelungen in Kauf genommen werden müssen. Eine Totalunterdrückung dieser Übergangsstörungen läßt sich mit bekannten Mitteln nur dann erhalten, wenn der Aufbau noch weiter kompliziert wird. Es muß dann eine perfekte Synchronisierung zwischen den Einschalt- bzw. Abschaltzeitpunkten für die Schwingungen und den Nulldurchgängen dieser Schwingungen hergestellt werden.

Aus der DE-AS 12 16 947 ist es bei einem Transistoroszillator bekannt, die innere Basis-Kollek- π tor-Kapazität eines Transistors zur Beeinflussung der Frequenz der zu erzeugenden Schwingungen heranzuziehen und außerdem diese Kapazität durch eine Steuerspannung zu verändern.

Aus der Zeitschrift »AEÜ«, Band 11, 1957, Heft 11. Seite 455 bis 456, insbesondere F i g. 6, ist es bekannt, im Emitterkreis einer Transistorschaltung eine Kopplungskapazität anzuordnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Übergangsstörungen bei einer Oszillatorschaltung der eingangs genannten Art ohne merklich höheren Schaltungsaufwand zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Oszillator bekannter Bauart,

F i g. 2a für die übliche Steuerungsart eines solchen Oszillators die Zeitfunktion der an die Basis des Transistors gelegten elektrischen Spannung,

F i g. 2b die Form des erhaltenen Schwingungszuges,

Fig. 3 schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Oszillators,

Fig.4a die Zeitfunktion für die Steuerung dieses Oszillators,

Fig.4b ein Beispiel für den Schwingungszug, den man mit einem solchen Oszillator erhalten kann,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Oszillators nach der Erfindung mit sehi großer Stabilität, der in einem großen Bereich von Frequenzen und Belastungen der dem Oszillator nachgeschalto len Stufen verwendbar ist, und

40 Fig.6 die Änderung des Verstärkungskoeffizienten des Transistorstroms als Funktion des Stromes im Emitterkreis.

Es soll nun die Punktionsweise eines Oszillators bekannter Art beschrieben werden, der schematisch in F i g. 1 dargestellt ist Dessen Nachteile, die erfindungsgemäß beseitigt werden sollen, sind dabei herausgehoben.

Der Oszillator weist einen Schwingkreis auf, der in üblicher Weise durch seine Induktivität L, seinen Widerstand R und seine Kapazität C definiert ist Außerdem enthält der Oszillator einen Transistor T. Vorspannungswiderstände η, Ti und rz, eine Gleichspannungsquelle, deren Klemmen mit + und — bezeichnet sind, sowie einen Unterbrecher K mit zwei Schaltstellungen a und b.

Legt man den Unterbrecher auf a, so wird die Basis des Transistors Tauf das Potential

+ r₃

(F i g. 2a, in der t die Zeit wiedergibt) gebracht wobei E das Potential an der Klemme + der Gleichspannungsquelle ist und der Transistor Teinen Strom /0 über den Schwingkreis L, R, Cliefert

Wird im Augenblick fo der Unterbrecher K in die Schaltstellung b gebracht, so wird der Transistor T plötzlich gesperrt

Die in die Induktivität L gespeicherte magnetische

Energie, die im wesentlichen gleichy LJO 2 ist, wird in elektrische Energie im Kondensator Cumgewandelt.

Es werden Schwingungen erzeugt, die (allmählich) aufgrund der Energieverluste des Schwingkreises gedämpft werden. Dieser besitzt unvermeidlich einen Verlustwiderstand R, der sich erwärmt Es entstehen auch Schwingkreisverluste durch Verkopplung mit anderen Schaltungselementen, sowie Energieverluste über da, Dielektrikum des Kondensators C

Die Amplitude E_n, der im Schwingkreis erzeugten Wechselspannung nimmt exponentiell mit d?r Zeit entsprechend dem Gesetz

■so ab (F i g. 2b), wobei k die Abstimmfrequenz des Kreises

/0 =

/ die Zeit und Q der Gütefaktor des Schwingkreises ist, der die Energieverluste im Schwingkreis berücksichtigt.

—mn —

ist die Amplitude der Wechselspannung, die im Schwingkreis im Augenblick fo erzeugt wird.

Aufgrund der Abnahme der Schwingungsamplitude in Abhängigkeit von der Zeit kann ein Oszillator nach Fig. 1 nur für kurze Gesarntschwingungszehcn (einige Perioden) verwendet werden.

Die Schv/ingungsfrequenz ist im übrigen nicht gleich der Abstimmfrequenz.

sondern beträgt

IO

Der vorbeschriebene Oszillator hat im wesentlichen die beiden bereits erwähnten Nachteile.

Der erste besteht in der Dämpfung der weiter oben genannten Schwingungen. Der zweite ist in dem Vorhandensein der Übergangsstörungen zu sehen, die sich in Form von Störschwingungen zeigen, insbesondere im Augenblick tr, in dem der Unterbrecher K erneut in die Stellung a gebracht wird, was einem Stillstand der Schwingungen (F i g. 2b) entspricht.

Der Oszillator nach der Erfindung arbeitet ohne diese beiden Nachteile. Dabei ist kein wesentlich höherer Aufwand des Grundaufbaues für den Oszillator erforderlich.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Oszillatorschaltung ist in F i g. 3 dargestellt.

Nach diesem Ausführungsbeispiel ist der verwendete Transistor T vom PNP-Typ. Selbstverständlich kann aber auch ein Transistor vom NPN-Typ (wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig.5) verwendet werden, wenn die Polarität der den Transistor speisenden Spannungsquelle umgekehrt wird.

In der Schaltungsdarstellung der Fig.3 sind die meisten Elemente der bekannten Schaltung nach F i g. 1 wiedergegeben. Es ist jedoch ein einstellbarer Kondensator Q vorgesehen, der parallel zu einem Widerstand R\ liegt und zwischen dem Emitter des Transistors Tund dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle eingeschaltet ist

Mit P ist eine Schalteinrichtung bezeichnet die es erlaubt das Potential der Basis fldes Transistors Tvon einem ersten auf einen zweiten, weiter unten definierten Wert und umgekehrt zu überführen. Die Schalteinrichtung Pkann beispielsweise aus einem impulsgesteuerten Multivibrator bestehen, der in der Lage ist nach Wunsch zwei Arten elektrischer Spannungen an seiner Ausgangsklemme, die mit der Basis B des Transistors T verbunden ist zu liefern. Die Schalteinrichtung P kann aber ebenfalls durch jede andere elektronische oder elektromechanisch«. Einrichtung gebildet werden (Kommutator mit zwei Stellungen, Unterbrecher ... etc), die in der Lage ist das Potential der Ba^is B des Transistors T von dem einen in den anderen der beiden Werte Vi und V₂ zu überführen.

Die Schalteinrichtung Pkann das Potential der Basis B des Transistors von einem ersten Wert Vi, der im wesentlichen gleich dem Kollektorpotential des Transistors, ist (beispielsweise —12 Volt in der betrachteten Ausführungsform nach Fig.3, 4a und 4b), auf einen zweiten Wert V₂ (V₂ = -1 Volt beispielsweise) überführen. Dabei fließt dann im Kollektorkreis des Transistors T nur ein sehr geringer Strom, der jedoch nicht gleich Null ist Eine Sperrung des Transistors 7*in dieser zweiten Stellung tritt im Gegensatz zu dem in es Fig. 1 gezeigten üblichen Aufbau nicht ein. Dieser Schaltvorgang erfolgt im Augenblick fo, der in den Diagrammen der F i g. 4a und 4b dargestellt ist Es wurde nun gefunden, daß es unter diesen Bedingungen möglich ist, den Kondensator Ci im Emitterkreis des Transistors T so einzustellen, daß Schwingungen produziert werden, die im Kreis L, R, C aufrechterhalten werden, ohne daß irgendein anderes Element in der schematischen Darstellung nach Fig.3 hinzugefügt werden müßte.

Der in Fig.3 dargestellte Oszillator verhält sich während seiner Schwingungsphase somit wie ein Oszillator mit zwei Phasenschiebernetzwerken, die gleichzeitig ein Voreilen und ein Nacheilen der Oszillatorphase bewirken. Dies geschieht nicht dadurch, daß man der Schaltung nach F i g. 1 einen zwischen dem Kollektor und der Basis liegenden kapazitiven Rück kopplungszweig hinzufügt, sondern dadurch, daß man zur Schwingungsaufrechterhaltung allein die innere Kapazität des Transistors zwischen der Basis und dem Kollektor ausnutzt, ohne daß /u diesem Transistor äußere Rückkopplungselemente hinzugefügt werden.

Nimmt man im Augenblick //(Fig.4a und Ib) die entgegengesetzte Umschaltung der Schalteinrichtung P vor. so nimmt das Potential der Basis fldes Transistors wieder den Wert Ki ein. Da sich die innere Kol^|oktor-Basis-Kapazität Q,._r des Transistors dann ändert, hören die Schwingungen auf.

Gibt man dem das Einschalten des Oszillators bfwkenden Wert V₂ der Steuerspannung einen möglichst geringen Absolutwert (der meist ein Volt nicht überschreitet), was mit einer günstigen Stromverstärkung des Transistors einhergeht, dann ist es möglich, daß das Ausschalten des Oszillators durch Anlegen des Steuerspannungswerts Vj ohne Auftreten von Obergangsschwingungen stattfindet

Der Ein- und Ausschaltbefehl für den Oszillator nach der Erfindung löst also eine Veränderung der inneren Sasis-Kollektor-Kapazität des Transistors und damit eine Veränderung der Phase der verschiedenen Ströme im Kreis aus. Es kann somit zwischen einem Zustand, in dem die gegenseitigen Phasenbeziehungen zwischen diesen Strömen die Schwingungen im Kreis L, R, C erzeugen und einem Zustand, in dem die jeweiligen Phasen dieser Ströme aufgrund der Variation der inneren Kapazität Cb_x nicht mehr übereinstimmen und somit Schwingungen unterbunden sind, gewechselt werden.

Der erfindi'ngsgemäße Oszillator kann also als Oszillator mit Phasenmodulation bezeichnet werden.

Im übrigen wurde gefunden, daß das Einschalten des Oszillators im Augenblick to ohne Störübergangsmodulationen der ersten Schwingsspitzen erfolgt wenn r*,an gleichzeitig den Wert Vi (Ruhepotential) an der Basis im wesentlichen gleich dem des Kollektors und den

Emitterwiderstand R\ im wesentlichen

gleich V-^ wä

wobei L und C die Werte der Induktivität bzw. der Kapazität des Schwingkreises sind, die im übrigen durch folgende Beziehung miteinander verknüpft sind:

4.-T²LC/²= 1

wo /die gewählte Schwingfrequenz ist

Diese Ergebnisse erklären sich dadurch, daß dann, wenn die Maximalamplitude E_m der durch die Schwingung im Kreis L, R, Q erzeugten Wechselspannung wenigstens gleich der Vorspannung V_c des Kollektors gewählt wird, die Störübergangsschwingungen größerer Amplitude, die sich im Augenblick fo einstellen können, durch Sättigungserscheinungen des Kollektors des Transistors verringert werden.

Dies ergibt die bereits vorher erwähnte Beziehung

Dabelstellt I₀ die Stromstärke des Gleichstroms dar, der durch.« den Kollektor zum Schwingkreis L, R, C vor dem SchWingungsauslösungszeitpunkt to geliefert wird.

Setzt man ZTm₀ = V_rt so erhält man:

und somit

r^-y-.

(2)

(Vi

da der Stromverstärkungsfaktor des Transistors sich nur wenig von Eins unterscheidet. Bekanntlich ist der Transistor-Stromverstärkungskoeffizient

des Koeffizienten λ in Abhängigkeit vom Emitterstrom. Dies führt dazu, daß das Potential V₂ etwa Ι_έί ■ R\ gewählt wird.
Das Nichtauftrefen von Übergangsstörschwingungen im Abschaltzeitpunkt fyder Oszillatorschwingungen, das sich dann ergibt, wenn das Potential V₂ angenähert R\ - Ics und das Potential Vj angenähert dem Potential des Kollektors ist, erklärt sich dadurch, daß man das Maximum der möglichen Änderung des Stroms im

ίο Emitterkfeis der Schaltung erhält, wobei die innere Basis-Kollektor-Kapazität im Abschaltzeitpunkl fr von einem kleinen Wert (Cb,_c)₂ beim Basispotential V₂ auf einen erheblich höheren Wert (Cb._c)\ (beispielsweise etwa fünfmal größer, ohne jedoch im allgemeinen iOOpF zu überschreiten) beim Basispotenttal V\ des Transistors übergeht (Parametereffekt).

Die sich im Zeitpunkt tr ergebenden Übergangsschwingungen entsprechen der in der inneren Basiskollektor-Kapazität Cbx gespeicherten Energie des Transistors, deren Amplitude proportional der Quadratwurzel des Quotienten der gespeicherten Energie dividiert durch die innere Basis-Kollektor-Kapazität ist (klassische Formel

25

der bei festem Basispotential die auf die jeweilige Emitterstromänderung bezogene Stromänderung im Kollelfiorkreis darstellt, wenig kleiner als Eins, unabhängig vom Strom I_e im Emitterkreis ab einer gewissen Schwelle /„ dieses Stromes. Diese Tatsache zeigt F i g. 6. Die den Stromverstärkungskoeffizienten cc eines Transistors in Abhängigkeit vom Emitterstrom I_c wiedergebende Kurve weist einen Knick an der dem Wert /„ entsprechenden Stelle auf. Dort fällt der Wert des Koeffizienten « plötzlich für Emitterströme /_e < /_Mab.

Gibt man dem Basispotential Vi im Ruhezustand des Oszillators einen Wert von etwa V_n d. h. dem Kollektorpotential, so läßt sich experimentell feststellen, daß man einen ganz eindeutigen Schwingungseinsatz ohne Störübergangsschwingungen vor Beginn der eigentlichen Schwingungen im Augenblick to erhält. Setzt man nun:

V₁ = V_c (4)

(Kollektorpotential), so wird die Beziehung (3) in erster Annäherung zu:

Soll zur Vermeidung einer Störung des ersten Schwingungseinsatzes die Beziehung (3) ebenfalls erfüllt werden, so erhält man unter Berücksichtigung der Beziehungen (2) und (3')

eines Kondensators mit der Kapazität C, dessen Ladespannung V ist). Die Erhöhung der inneren Basis-Kollektor-Kapazität im Zeitpunkt tr ergibt somit eine Verminderung der Störschwingungsamplitude mii dem Koeffizienten

(0,,J₂

(Q. Λ

Dieser Koeffizient stellt einen Vergleichswert mit der Amplitude dar, die dann auftritt, wenn die Kapazität Cb._c im Zeitpunkt tr ihren Wert (Ci._c)₂ bei Schwingungsaufrechterhaltung beibehalten würde.

Die vereinfachten Berechnungen, die im folgenden wiedergegeben werden, ermöglichen es, wenigstens angenähert verschiedene der Elemente des in Fig.3 dargestellten Oszillators zu bestimmen.

Das Potential Vb der Basis des Transistors läßt sich wie folgt ausdrücken:

V_n =

50 worin V_c das Kollektorpotential Rb der Basiswiderstand (Rb = Ri im Oszillator nach F i g. 3) und Zb diejenige Impedanz darstellt, die äquivalent der aus dem Basiswiderstand Rb und dem in Reihe dazu geschalteten Kondensator Cb_x gebildeten Anordnung ist

Der Strom im Emitter des Transistors ist im wesentlichen gleich

Ri = \-F·

(5)

60

Im übrigen wählt man, wie bereits angegeben, das Potential V₂ derart, daß es einem geringstmöglichen Wert des Stroms im Emitterkreis von Tentspricht Eine große Stromverstärkung des Transistors ergibt sich dann ebenfalls. Dieser Wert wird etwa gleich dem Strom Ia entsprechend dem Knick der Kurve (F i g. 6) r _ 'Έ.

wobei Z\ gleich der sich aus dem Widerstand R\ und dem parallel dazu geschalteten Kondensator C\ ergebenden Impedanz ist
Der elektrische Strom im Kollektor beträgt:

Ic= -»Ie,
wobei cc die Stromverstärkung des Transistors ist

Hieraus folgt

Z₁

wobei Vft.edie Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors ist.

Somit beträgt die Impedanz im Kollektorkreis zwischen den Anschlüssen des Schwingkreises annähernd:

Ji

7 = Ji= _

Man kann zeigen, daß der Ausdruck Z sich umformen läßt in:

■\ K₁₁

(6)

Z₁ =

und

1 + j R₁ C₁ ο) R_b .<

RC χ \ R_BC_b.J'

(9)

R₁

L! to =

Das Einführen der Induktivität L' führt zu einer Frequenzverschiebung bezüglich der Oszillationsbedingung LQb² = 1.

in der in Fig.3 dargestellter: OszülatorschaiiuHg nach der Erfindung bedeuten S\ und Sn die Ausgaiigsanschlüsse, an denen die Schwingungen abgenommen werden könaen.

wobei Zb,e die Eigenimpedanz des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors ist.

In komplexer Schreibweise ausgedrückt:

Z_n = R_n + T₇^ ,

In diesen Beziehungen bedeuten Rb,_c und Cb,_e jeweils den Widerstand und die Kapazität des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors und ω die Kreisfrequenz des Stroms in dessen Kollektorkreis. Die Resonanzbedingung für den Wert Cb,_c der inneren Basiskollektorkapazität des Transistors bei Vorliegen des Basispotentials V2 schreibt vor, daß der Realteil

ist, so daß ein »negativer Widerstand« gebildet wird, der zum Schwingkreis parallel geschaltet ist und der von gleichem Absolutwert wie dessen Eigenimpedanz ist, was bei Einführen der Ausdrücke für Zi und Zb in die Beziehung (6) zur Gleichung führt:

Der Imaginärteil Zbringt eine reine Induktivität Z/in den Kollektorkreis des Transistors, so daß

ίο

Wie weiter oben angegeben, führt der Transistor Tin seinen Kollektorkreis bei Vorliegen des Basispotentials V2 einen negativen Widerstand Ru parallel zum Schwingkreis ein. Es muß dann eine exakte Kompensation dieses Widerstandes durch die Eigenimpedanz des Schwingkreises vorhanden sein, damit eine Schwingung (r_n = - ^j auftritt.

Damit der Oszillator in einem größeren Bereich von Frequenzen und bei verschiedenen Belastungen durch an die Ausgangsanschlüsse S\ und S2 angeschaltete elektronische Stufen verwendet werden kann, ist es zur

Verringerung der Eigenimpedanz _li(. vorteilhaft, bei

der Anordnung nach F i g. 3 eine zusätzliche Rückkopplungsschleife vorzusehen. Diese Rückkopplungsschleife soll so berechnet sein,daß an den Schwingkreisanschlüssen ein parallel zu diesem Schwingkreis liegender negativer Widerstand κλ/ eingeführt wird, der den negativen Widerstand Rnh\s Bestandteil hat.

Die Schwingungsbedingungen erhält man, wenn man den sich aus den beiden parallelgeschalteten Widerständen Rm und RfJ ergebenden Gesamtwiderstand gleich _ L

RC

setzt.

R,v

RC

Der Absolutwert dieses äquivalenten Widerstandes ist kleiner als der von Rn; es zeigt sich also, daß man dadurch tatsächlich eine Verringerung der Eigenimpedanz von ßf gegenüber der Ausführungsform nach

F i g. 3 erhalten kann.

Die vorstehende Beziehung zeigt, daß man diese zusätzliche Rückkopplungsschleife folgendermaßen festlegt:

Der in Fig.5 dargestellte Oszillator weist beispielsweise zusätzlich zu den Elementen der vorhergehenden Xusführungsform eine Rückkopplungsschleife auf. Die Rückkopplung ist unzureichend, um allein für die Aufrechterhaltung der Schwingungen sorgen zu können. Sie ergibt jedoch eine zusätzliche Rückkopplung, die sich der durch die Eigenkapazität Cb_x erzeugten Rückkopplung des Transistors Γ beim bereits definierten Basispotential Vz des Transistors überlagert

Diese Zusatzrückkopplung steigert noch die Stabilität der erzeugten Schwingungen. Sie erlaubt es aber vor allem, einen Oszillator zu erhalten, der für einen großen Bereich von Frequenzen und verschiedene Belastungen bi auchbar ist, die durch die an die Ausgangsanschlüsse S\ und S2 des Oszillators angeschlossenen elektronischen Stufen entstehen.

Die zusätzliche Rückkopplungsschleife dieses Oszillators umfaßt einen zweiten Transistor T', der an seiner Basis über den Kopplungskondensator Ck das im Schwingkreis L, R, Cauftretende Signal empfängt

Der Transistor T weist Vorspannungswiderstände R₃, Ra, Rs und R₆ auf, von denen der Vorspannungswiderstand Ri im Emitterkreis des Transistors Tdurch einen Kondensator Q überbrückt ist

In der Anordnung nach Fig.5 ist die Gleichspannungsquelle für die Vorspannung am Mittelpunkt der

Selbstinduktivität L des Schwingkreises L, R₁ C angeschlossen, während die Rückkopplungsschleife für di Basis des Transistors T'an demjenigen Anschluß des Schwingkreises liegt, der nicht mit dem Kollektor des Transistors Tverbunden ist.

Um den Oszillator nach F i g. 5 eine große Stabilität gegenüber Temperaturänderungen zu verleihen, muß das Vorspannungspotential Vi bzw. Vj an der Basis des Transistors T einen ziemlich festen Wert in beiden Schaltzuständen aufweisen. Dazu ist es zweckmäßig, daß der die Vorspannung an der Basis erzeugende Gleichstrom, der die beiden zwischen den Anschlüssen der Spannüngsqüelle in Reihe geschalteten Widerstände Riünd Ri durchfließt und proportional zu letztgenannte Strom ist im wesentlichen proportional zu

da

IO das Potential an der Basis des Transistors T'definiert; Es gilt also:

15

R₁ +

ist, merKiicn grouer ais aer zur Basis aes ι ransistors / über den Transistor V fließenden Ström ist. Der R₂+R₃ - Ri(R₅ + R₆)'

So ermöglicht es beispielsweise ein Oszillator, wie er in F i g; 5 dargestellt ist, Schwingungen zu erzeugen, eieren Frequenz iiTi FrEqüenZüereicn ZwisCiiefi 5 uFui 250 kHz nicht um mehr als '/löod variiert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltbarer Oszillator mit wenigstens einem Transistor, dessen drei Elektroden jeweils über eine Vorspannungsimpedanz an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, wobei die zwischen dem Kollektor und der Gleichspannungsquelle liegende Impedanz aus einem Schwingkreis besteht und die zwischen dem Emitter und der Gleichspannungsquelle liegende Impedanz einen Widerstand und einen einstellbaren Kondensator in Parallelschaltung aufweist und wobei mit der Basis eine Einrichtung zum Anlegen einer Steuerspannung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des einstellbaren Kondensators (Q) bei einem ersten Wert der Steuerspannung (Vt), der einem Emitterstrom entspricht, welcher auf einen niedrigen, aber von Null abweichenden Wert reduziert ist, derart festgelegt wird, daß durch die innere Basis-Koilcktor-Kapazitäi (Cm) des Transistors die Aufrechterhaltung von Schwingungen im Schwingkreis (L, R, C) gewährleistet wird, daß ein zum Zweck des Abschaltens des Oszillators der Basis des Transistors (T) zugeführter zweiter Wert (V\) der Steuerspannung mit dem Kollektorvorspannungspotential des Transistors übereinstimmt, und daß der Wert des Emitterwiderstands (Ri)