DE1902339C3 - Temperaturkompensierter Transistoroszillator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen temperaturkompensierten Transistoroszillator unter Verwendung eines zusätzlichen, mit dem Oszillatortransistor leitend verbundenen Transistor (Kompensationstransistor).

Die Frequenz von Transistoroszillatoren, die im unteren Mikrowellenbereich größere Leistung abgeben sollen, hängt außer von den passiven frequenzabhängigen Bauelementen, die natürlich auch temperaturabhängig sind, in starkem Maße vom Temperaturgang der Großsignalparameter des Transistors ab. Ausgangsleistung und Ausgangsfrequenz eines solchen Transistoroszillators sind im allgemeinen nichtlineare Funktionen der Temperatur, abhängig von den Betriebsparametern des Oszillators, z. B. Betriebsspannungen und Einstellung der Kapazitätstrimmer bei T_c = 30⁰C. Deshalb ist es zwar möglich, einen Transistoroszillator mit einem geeignet gewählten, temperaturabhängigen Widerstand, wie einem Heißleiter oder ähnlichem, z. B. im Basisspannungsteiier, individuell, d. h. bei bestimmten Betriebsparametern, so einzustellen, daß sich seine Ausgangsleistung bzw. -frequenz in Abhängigkeit von der Temperatur nur wenig ändert Bei Variation der Schaltung, z. B. Veränderung der Einstellung der Kapazitätstrimmer, ist aber im allgemeinen wieder ein anderer Temperaturgang des Widerstandes im Basisspannungsteiier und damit eine andere Einstellung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen

Schwierigkeiten in einfacher Weise zu begegnen und für Oszillatorschaltungen eine möglichst flexible Kompensation der Temperaturabhängigkeit der OsziMatorfrequenz zu schaffen.

S Ausgehend von einem temperaturkompensierten Transistoroszillator unter Verwendung eines zusätzlichen, mit dem Oszillatortransistor leitend verbundenen Transistors (Kompensationstransistor) wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Kompensationstransistor mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel liegt zu einem basisseitigen Spannungsteiler des Oszillatortransistors, bestehend aus einem zwischen Emitter und Basis des Oszillatortransistors liegenden Festwiderstand und einem zwischen der Basis

'S des Oszillatortransistors und dem Bezugspotential liegenden Potentiometer, und daß die Anzapfung des Potentiometers mit dem Kollektor des Kompensationstransistors leitend verbunden ist
Bei einem Impulsbreitenregler aus »100 typische Schaltungen mit Halbleiterbauelementen«, 1967, Beispiel 78, von Intermetall Halbleiterwerk der Deutsche ITT Industries GmbH, mit einer astabilen Kippstufe sowie einem eingangsseitigen Steuertransistor und einem Endtransistor, der über einen Spannungsteiler an die astabile Kippstufe angeschlossen ist liegt der Transistor der zweiten Stufe der astabilen Kippstufe ebenfalls mit seiner Emitter-Kollektorstrecke parallel zu dem basisseitigen Spannungsteiler des folgenden Transistors der Schaltung, nämlich des Endtransistors.

Der Spannungsteiler besteht bei dieser Schaltung aus zwei Festwiderständen.

Bei der Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß der Kollektorstrom des Oszillatortransistors im Normalfall,

d. h. bei temperaturunabhängigem Basisspannungsteiler mit wachsender Temperatur zunimmt Zur Erreichung einer konstanten Oszillatorfrequenz bei konstanter Kollektor-Emitter-Spannung Uce ist es notwendig, der Basis-Emitter-Spannung des Oszillatortransistors eine solche Temperaturabhängigkeit einzuprägen, daß der Kollektorstrom mit wachsender Temperatur abnimmt Mit der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung wird dies erreicht; die gewünschte Abnahme des Kollektorstromes läßt sich hiermit in weiten Grenzen variierbar realisieren. Je nach Einteilung des Potentiometers bewirkt der temperaturabhängige Strom des Kompensationstransistors einen mehr oder weniger temperaturabhängigen Spannungsabfall zwischen dem Abgriff des Potentiometers und dem Bezugspotential,

so wodurch mit steigender Temperatur die Spannung U= (das ist die Spannung an dem Festwiderstand /23 des basisseitigen Spannungsteilers des Oszillatortransistors) und damit auch die Basis-Emitter-Spannung Übe des Oszillatortransistors fällt

Für erhöhte Anforderungen an die Frequenzstabilität des Oszillators kann die Kompensationsschaltung in einen Regelkreis einbezogen werden, indem man eine von der Differenz zwischen der Oszillatorfrequenz und einer Sollfrequenz abgeleitete Spannung der Basis des

Kompensationstransistors zuführt

Um die Verlustleistung möglichst niedrig zu halten und damit einen günstigen Wirkungsgrad der Oszillatorschaltung zu erreichen, ist es vorteilhaft als Kompensationstransistor einen Transistor zu verwenden, dessen Verlustleistung klein ist gegenüber der des Oszillatortransistors.

Mit der angegebenen Temperaturkompensation kann sichergestellt werden, daß injektionssynchronisierte

Transistoroszillaioren bei geringem Aufwand an Synchronisationsleistung und auch entsprechend geringer Synchronisationsbandbreite in Abhängigkeit von der Temperatur nicht aus der Synchronisation herausfallea

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines S Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert

Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist die eigentliche Oszillatorschaltung strichliert umrandet Sie besteht aus dem Oszillatortransistor 71 vom npn-Typ in Kollektorschaltung und einem kapazitiv gekoppelten Bandfilter, bestehend »ss den Elementen Li, L3, CX, C2, C3. Zwischen Emitter und Kollektor liegt der Kondensator C4; ferner sind zur Gleichstromeinspeisung an Emitter und Basis zwei Drossein 12 und LA vorgesehen. Der weitere Transistor 72 (Kompensationstransistor) ist mit der Oszillatorschaltung thermisch gekoppelt d.h. er liegt auf gleichem Wärmepotential wie der Oszillatortransistor 71. Beide Transistoren sind beispielsweise auf einer gemeinsamen Grund- bzw. Gehäuseplatte aufgesetzt Der Kompensationstransistor 72, ebenfalls ein npn-Transistor, hat einen basisseitigen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen Al und R2, wobei Rt zwischen dem Spannungsanschlußpunkt für die Kollektor-Emitter-Spannung und der Basis und der Widerstand R2 zwischen der Basis und Masse liegt Der Kollektor des Kompensationstransistors 72 ist an ein Potentiometer A4 geführt, dessen einer Anschluß an Masse liegt und dessen anderer Anschluß mit dem an den Emitter geführten Widerstand /ö einerseits und den mit der Drossel 12 der Oszillatorschaltung verbundenen Widerstand RS andererseits geführt K-Der Kompensationstransistor 72 stellt eine temperaturabhängige Stromquelle dar. Der Kollektorstrom dieses Transistors kann bei Zimmertemperatur durch den Basisspannungsteiler Ri, R2 eingestellt werden. Mit wachsender Temperatur steigt der Kollektorstrom des Kompensationstransistors 72. Je nach Einstellung des Potentiometers RA bewirkt der temperaturabhängige Strom des Kompensationstransistors 72 einen mehr oder weniger temperaturabhängigen Spannungsabfall zwischen dem Abgriff des Potentiometers und dem Bezugspotential, wodurch mit steigender Temperatur die Spannung U= am Widerstand /23 und damit auch die Basis-Emitter-Spannung Übe des Oszillatortransi

stors fällt Das Diagramm der F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit der relativen Frequenzänderung von der Temperatur bei einem nicht temperaturkompensierten Transistoroszillator. Dieses Diagramm ist für eine Oszillatorschaltung mit einer Oszillatorfrequenz von 1,05 GHz aufgenommen, und zwar im Bereich von —60 bis +6O⁰C Diese relative Frequenzänderung hat annähernd geradlinigen Verlauf mit einer negativen Steigung.

Die F i g. 3 und 4 zeigen die relative Frequenzänderung bzw. die Oszillatorausgangsleistung in Abhängigkeit von der Gehäusetemperatur bei drei verschiedenen Stellungen des Potentiometers A4. Der Oszillator schwingt hierbei bei 1,05GHz und gibt bei einer Gehäusetemperatur T_c=30°C eine Leistung von ungefähr e,7 W ab. Die eingezeichneten Widerstände hatten folgende Werte: Äl=500ft Ä2=13kfi, Ä3=50£2, A4= IkU Ä5=200il Die Kollektor-Emitter-Spannung UcE betrug 25 V. Bei den Diagrammen gemäß F i g. 3 und 4 ist die relative Frequenzänderung bzw. die Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der Gehäusetemperatur jeweils im Bereich zwischen —60 und +6O⁰C aufgetragen. Zunächst betrachten wir die Diagramme in Fig.3: Die Kurve I stellt den Fall der Unterkompensation vor. Wie im unkompensierten Fall, fällt hier die Frequenz mit steigender Temperatur, wenn auch nur noch sehr geringfügig. Wird der Potentiometerabgriff weiter vom Bezugspotential weg verlegt, so ergibt sich für diese Stellung die Kurve H, die hier als optimal zu bezeichnen ist Diese Kurve verläuft etwa sinusförmig, symmetrisch zur Nullachse. Die relative Frequenzänderung beträgt jetzt nur noch < ± l%o. Wird der Potentiometerabgriff über diese Stellung hinaus verschoben, so tritt Oberkompensation ein, d. h. die Frequenz steigt mit zunehmender Temperatur, was der normalen Tendenz genau entgegengesetzt ist In Fig.4 sind in entsprechender Weise für die drei Potentiometerstellungen die Verläufe der Oszillatorausgangsleistungen über der Gehäusetemperatur aufgetragen. Man erkennt daß hierbei die Potentiometerstellung I mit einer maximalen Variation von 0,7 dB die günstigere ist während die bezüglich Frequenzstabilität optimale eine Variation von 1,3 dB aufweist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Temperaturkompensierter Transistoroszillator unter Verwendung eines zusätzlichen, mit dem Oszillatortransistor leitend verbundenen Transistors (Kompensationstransistor), dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationstransistor (T2) mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel liegt zu einem basisseitigen Spannungsteiler (R3, R4) des Oszillatortransistors (Ti), bestehend aus einem zwischen Emitter und Basis des Oszillatortransistors (Tl) liegenden Festwiderstand (IQ) und einem zwischen der Basis des Oszillatortransistors (Tl) und dem Bezugspotential liegenden Potentiometer (R4), und daß die Anzapfung des Potentiometers (RA) mit dem Kollektor des Kompensationstransistors (T2) leitend verbunden ist

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationstransistor (72) mit dem Oszillatortransistor (TY) thermisch gekoppelt ist in der Weise, daß beide auf einer gemeinsamen Grund- oder Gehäuseplatte aufgesetzt sind.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom des Kompensationstransistors (72) durch einen basisseitigen Spannungsteiler (Rl, R2) einstellbar ist

4. Oszillator nach einem der Anspräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß dem Eingang des Kompensationstransistors (T2) eine von der Differenz zwischen Oszillatorfrequenz und einer Sollfrequenz abgeleitete Spannung zugeführt wird.

5. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Verlustleistung des Kompensationstransistors' (T2) klein ist gegenüber der Verlustleistung des Oszillatortransistors (TI).