DE1929988A1

DE1929988A1 - Harmonic oscillator

Info

Publication number: DE1929988A1
Application number: DE19691929988
Authority: DE
Inventors: Mueller Dipl-Ing Christian; Heinlein Dr Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-08-19
Filing date: 1969-06-12
Publication date: 1970-07-30

Description

Oberwellenos zillator Die Erfindung bezieht sich auf einen Oberwellenoszillator init Transistoren, an deren nichtlinearer Kennlinie die Grundschwingung in ihrer Frequenz vervielfacht wird. Harmonic oscillator The invention relates to a harmonic oscillator init transistors whose non-linear characteristic curve shows the fundamental oscillation in its Frequency is multiplied.

Oberviellenoszillatoren sind Oszillatoren, die mit Hilfe der Nichtlinearität ihres aktiven Elementes die erzeugte Grundschwingung in ihrer Frequenz vervielfachen. Am Ausgang eines solchen Obervrellenoszillators erscheint dann die erwünschte Harmonische mit in der Regel hohem Wirkungsgrad, während die unerwünschten Harmonischen durch ein geeignetes Ausgangsfilter weitgehend unterdrückt werden. Bei Oberwellenoszillatoren mit Transistoren wird im allgemeinen die nichtlineare Charakteristik der Kollektor-Basis-Diode zur Frequenzvervielfachung herangezogen.Overhead oscillators are oscillators that work with the help of non-linearity their active element multiply the generated fundamental oscillation in its frequency. The desired harmonic then appears at the output of such a harmonic oscillator with usually high efficiency, while the unwanted harmonics through a suitable output filter can be largely suppressed. With harmonic oscillators with transistors in general the non-linear characteristic of the collector-base diode becomes used for frequency multiplication.

Dadurch wird es möglich, bei Ausgangs frequenzen unterhalb der maximalen Schwingfrequenz des benutzten Transistors den Gesamtwirkungsgrad der Schaltung gegenüber dem eines Grundwellenoszillators für dieselbe Ausgangsfrequenz beträchtlich zu erhöhen, und zum anderen bei Ausgangsfrequenzen oberhalb der maximalen Schwingfrequenz des benutzten Transistors nennenswerte Ausgangsleistungen zu erzeugen.This makes it possible to use output frequencies below the maximum Oscillation frequency of the transistor used compared to the overall efficiency of the circuit to significantly increase that of a fundamental wave oscillator for the same output frequency, and on the other hand at output frequencies above the maximum oscillation frequency of the used transistor to generate significant output power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einer solchen Transistorschaltung die Ausgangsleistung vor aller bei hohen Betriebsfrequenzen nennenswert zu erhöhen.The invention is based on the object of such a transistor circuit Above all, to significantly increase the output power at high operating frequencies.

Diese Aufgabe wird bei einem Oberwellenoszillator mit Transistoren, an deren nichtlinearer Kennlinie die Grundschrr/ing-ung in ihrer Frequenz verviclfacht wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Transistoren mit vorzugsweise auf Bezugspoten-tial liegenden Kollektoren in Gegentaktschaltung zusaw.engeschaltet sind, derart, daß im Ausgangskreis im wesentlichen nur geradzahlige Harmonische der Grundschwingung auftreten; Man erhält hierdurch neben einer großen Ausgangsleistung bei hohen Frequenzen auch in vorteilhafter Weise zugleich eine Entkopplungsmöglichkeit für die geradzailligen und die ungeradzahligen Harmonischen der Grundschwingung.This task is performed in a harmonic oscillator with transistors, its non-linear characteristic curve multiplies the basic pitch in terms of its frequency is achieved according to the invention in that two transistors with preferably on Collectors lying at the reference potential are connected together in push-pull circuit are such that essentially only even harmonics in the output circuit the fundamental oscillation occur; This results in a large output power as well as a large output at high frequencies also advantageously a decoupling option at the same time for the even-numbered and odd-numbered harmonics of the fundamental.

in vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungegegenstandes ist der Transistor-Gegentaktschaltung eine weitere Gegentaktschaltung zweier Transistoren mit vorzugsweise auf Bezugspotential liegenden Kollektoren parallelgeschaltet, derart, daß die Basis der Transistoren der einen Gegentaktschaltung jeweils mit der Basis des diesem gegenüberliegenden Transistors der zweiten Gegentaktschaltung verbunden ist und daß zwischen den beiden Verbindungopunkten der Grundwellenkreis und der Kreis für die Harmonische in Parallelschaltung angeordnet Silld. Hierbei ergibt sich gegenüber einer einfachen Gegentaktschaltung praktisch eine Verdoppelung der Leistung bei guter Frequenzkonstanz.in an advantageous development of the subject matter of the invention is Transistor push-pull circuit Another push-pull circuit of two transistors connected in parallel with collectors, which are preferably at reference potential, in such a way that that the base of the transistors of a push-pull circuit each with the base of this opposite transistor of the second Push-pull circuit is connected and that between the two connection points the fundamental wave circle and the circle for the harmonics arranged in parallel Silld. Here this practically doubles compared to a simple push-pull circuit the performance with good frequency constancy.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dies mit Vorteil auch zu erreichen, wenn der Transistor-Gegentaktschaltung eine weitere Gegentaktschaltung zwei er Transistoren mit bezüglich der Grundwelle auf Bezugspotential liegender Basis parallelgeschaltet ist, derart, daß der Kollektor der Transistoren der weiten Gegentaktschaltung jeweils mit der Basis des diesem gegenüberliegenden Transistors der ersten Gegentaktschaltung verbunden ist, und daß der zwischen den neiden Verbindungspunkten gebildete Zweig den Quer zweig einer Brückenschaltung darstellt, iI; der. die Grund welle auftritt, und daß in den von den Basis-Kollektor-Strecken der Transistoren gebildeten Längszweigen der Brückenschaltung die erwünschte geradzahlige Harmonische auftritt.According to a further development of the invention, this is also advantageous achieve when the transistor push-pull circuit is another push-pull circuit two transistors with reference potential with respect to the fundamental wave The base is connected in parallel so that the collector of the transistors of the wide Push-pull circuit in each case with the base of the transistor opposite this the first push-pull circuit is connected, and that between the neiden connection points formed branch represents the cross branch of a bridge circuit, iI; the. the reason wave occurs, and that in the base-collector paths of the transistors formed series branches of the bridge circuit the desired even harmonic occurs.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

Es zeigt Fig. 1 einen Oberwellenoszillator in Gegentaktschaltung mit zwei Transistoren, Fig. 2 einen oberwellenoszillator in DoppelgegentaLtschaltung und Fig. 3 einen Oberwellenoszillator in Brückenschaltung.1 shows a harmonic oscillator in a push-pull circuit two transistors, Fig. 2 a harmonic oscillator in double counter-value circuit and FIG. 3 shows a harmonic oscillator in a bridge circuit.

Bei dem Oberwellenoszillator in Gegentaktschaltung nach Fig. 1 arbeiten die beiden, Transistoren Ti und T2 als emittergekoppelte Oszillatoren in Kollektorschaltung.Work in the push-pull harmonic oscillator according to FIG the two, transistors Ti and T2 as emitter-coupled oscillators in a collector circuit.

Die Basisanschlüsse sind über die Parallelschaltung zweier Kreise miteinander verbunden, nämlich einem aus der Wicklung L0 und dem Trimmer C0 bestehenden Kreis, in dem die Grundwelle und gegebenenfalls die ungeradzahligen Harmonischen auftreten und einem Kreis für die geradzahligen Harmonischen, welcher von einer Spule L1 mit einer Mittelanzapfung gebildet wird. In Serie mit der Spule L1 ist beiderseits je ein einstellbarer Kondensator, nic ein Trimmer C1 bzw C-21 angeordnet. Diese beiden Trimmer-C1 und C2 sowie zwei weitere Trimmer C3 und C4., die in der Verbindungsleitung der Emitter der Transistoren 1 und T2 angeordnet sind, dienen dazu, die Schaltung auch bei Verwendung ungleicher, also nicht ausgesuchter Transistoren, zu symmetrieren.The basic connections are via the parallel connection of two circuits connected to one another, namely one consisting of the winding L0 and the trimmer C0 Circle in which the fundamental and possibly the odd harmonics occur and a circle for the even harmonics, which is from a Coil L1 is formed with a center tap. In series with coil L1 is An adjustable capacitor on both sides, nicely arranged with a C1 or C-21 trimmer. These two trimmers C1 and C2 as well as two further trimmers C3 and C4., Which are in the Connecting line of the emitters of the transistors 1 and T2 are arranged, are used in addition, the circuit also when using unequal, i.e. not selected transistors, to symmetrize.

Der Verbindungspunkt zwischen den beiden emitterseitigen Trimmern C3 und C4 ist gemeinsam mit den Kollektoranschlüssen an den auf Bezugspotential liegenden Punkt M geführt. Die durch die Kollektor-Basis-Dioden der beiden Transistoren T1 und T2 fließenden Grundwellenströme erzeugen Ströme höherer Harmonischer, von denen die geradzahligen im Gleichtakt durch die beiden Dioden fließen, die ungeradzahligen im Gegentakt. Die gewünschte Harmonische der Ordnungszahl 2n kann zwischen dem Hochfrequenz-Bezugspotential M und der Mittelanzapfung S der Spule L1 entnommen werden. Bei völliger Symmetrie der Schaltung ist der Anschluß z-:iischen den Punkten M und S frei von der Grundschwingung. Die Ausgangsklemme der Schaltung ist beispielsweise über ein zweikreisiges, kapazitiv gekoppeltes Bandfilter mit der Mittelanzapfung S der Spule I. verbunden Mit Hilfe dies 5 Bandfilters kann der Schaltung der Bezüglich maximaler Ausgangsleistung optimale tastleitwert für die betreffende Harmonische angeboten werden. Bei unvollständiger Symmetrie der Schaltung verbessert es die Unterdrückung unerwünschter Harmonischer.The connection point between the two emitter-side trimmers C3 and C4 are connected to the reference potential together with the collector connections lying point M out. The through the collector-base diodes of the two transistors T1 and T2 flowing fundamental wave currents generate currents of higher harmonics, of where the even-numbered ones flow in unison through the two diodes, the odd-numbered ones in push-pull. The desired harmonic of atomic number 2n can be between the high-frequency reference potential M and the center tap S of the coil L1 can be taken. With complete symmetry the circuit is the connection z-: iischen the points M and S free of the fundamental oscillation. The output terminal of the circuit is, for example, capacitive via a two-circuit coupled band filter connected to the center tap S of the coil I. With the help This 5 band filter can be used for the circuit in terms of maximum output power optimal scanning conductance value for the relevant harmonic are offered. With incomplete The symmetry of the circuit improves the suppression of unwanted harmonics.

Der Grundwellenstrom ist in der Fig.1 durch gestrichelte, mit Richtungspfeilen versehene tinienzüge angedeutet, die Harmonische der Ordnungszahl 2n in entsprechender Vteise durch strichpunktierte Linienzüge Ferner ist in der Fig.1 eine gestrichelt gezeichnete Spulerntiloklung L3 eingetragen, die mit der Spule L10 des Grundwellenkreises induktiv gekoppelt ist. Über diese Spulenwicklung L10 kann beispielsweise eine Synchronisierung der Oszillatorschaltung durchgeführt werden, ohne die Auslçopplung der gewünschten Harmonisehen nachteilig zu beeinflussen.The fundamental wave current is shown in FIG. 1 by dashed, with directional arrows provided tin trains indicated, the harmonic of the ordinal number 2n in corresponding Vteise by dash-dotted lines. Furthermore, one is dashed in FIG Drawn Spulerntiloklung L3 entered, the one with the coil L10 of the fundamental wave circle is inductively coupled. This coil winding L10 can, for example, be used for synchronization of the oscillator circuit can be carried out without decoupling the desired Adversely affecting harmony.

Die in Fig.1 dargestellte Oszillatorschaltung in Gegentaktschaltung hat unter anderem auch den Vorteil, daß die Kollektoranschlüsse der Transistoren, die ohnehin bei vielen UHS-Leis-tungs-transistoren mit dem Transistorgehäuse verbunden sind, auf dem Bezugspotential liegen können. Dadurch kann der thermische widerstand zwischen Kollektor-Easis-Übergang und dem Gehäuse des Oberwellenoszillators klein gehalten werden.The oscillator circuit shown in Figure 1 in push-pull circuit has the advantage, among other things, that the collector connections of the transistors, which are already connected to the transistor housing in many UHS power transistors can be on the reference potential. This can reduce the thermal resistance between the collector-Easis junction and the housing of the harmonic oscillator is small being held.

Fig.2 zeigt das Schaltbild eines Oberwellenoszillators, bei dem zwei Gegentaktschaltungen gemäß der Ausführung nach Fig.1 parallelgeschaltet sind. Die npn-Transistoren beider Gegentaktschaltungen arbeiten auch hierbei als emittergekoppelte Oszillatoren in Kollektörschaltung. Die Emitter sind jeweils über zwei Trimmer 21 und C22 bzw. C23 und C24 miteinander verbunden; der Verbindungspunkt zwischen den beiden in Serie liegenen Trimmern C21 und C22 bzw. C23 und C24 ist gemeinsam mit den Kollektoranschlüssen an den auf Bezugspotential liegenden Punkt Ui geführt. Die Basisanschlüsse der Transistoren T21, T22 der einen Gegentaktschaltung sind jeweils mit den Basisanschlüssen der gegenüberliegenden Transistoren T23 T24 der zweiten Gegentaktschaltung verbunden. Zwischen diesen Verbindungspunkten sind parallelliegend der Kreis für die Grundvrelle und der Kreis für die gevmnschte gcradzahlige Harmonische eingeschaltet, welche von der Spule L20 und dem Trimmer C20 bzw. der mit einer Mittelanzapfung versehenen Spule L21 und den beiderseits mit dieser in Serie liegenden Trimmern C25 und C26 gebildet werden Es wird hierbei nur ein Grundwellenkreis benötigt. Die huskopplung der gewünschten geradzahligen Harmonischen geschieht in der gleichen Weise wie bei der in Fig.1 dargestellten Gegentaktschaltung, d.h. über ein zweikreisiges kapazitiv gekoppeltes Bandfilter, das an der einen Symmetriepunkt darstellenden Mittelanzapfung der Spule L21 im Kreis der Harmonischen angeschlossen ist. Der Grundwellenstrom ist in der Fig. 2 durch gestrichelte, mit Richtungspfeilen versehene Linienzüge angedeutet, die garr.onische mit der Ordnungszahl 2n in entsprechender Weise durch strichpunktierte minienzüge. Die Synchronisierung der Oszillatotschaltung kann ebenfalls über eine Spulenwicklung, die mit der Spule L20 des Grundwellenkreises induktiv gekoppelt ist, erfolgen. Eine hierfür vorgesehene Spule L23 ist gestrichelt in der Fig.2 eingezeichnet.Fig.2 shows the circuit diagram of a harmonic oscillator in which two Push-pull circuits according to the embodiment of Figure 1 are connected in parallel. the NPN transistors of both push-pull circuits also work here as emitter-coupled Collector oscillators. The emitters are each via two trimmers 21 and C22 or C23 and C24 connected to one another; the connection point between the two trimmers C21 and C22 or C23 and C24, which are in series together with the collector connections to the point at reference potential Ui led. The base connections of the transistors T21, T22 of the one push-pull circuit are each connected to the base terminals of the opposite transistors T23 T24 connected to the second push-pull circuit. Between these connection points are Parallel lying the circle for the fundamental and the circle for the desired even-numbered Harmonics switched on, which from the coil L20 and the trimmer C20 or the with a central tapping coil L21 and the coil L21 on both sides with this in Series lying trimmers C25 and C26 are formed. Only one fundamental wave circle is used here needed. The coupling of the desired even harmonics takes place in the same way as the push-pull circuit shown in Fig. 1, i.e. via a two-circuit capacitively coupled band filter, which is at one point of symmetry Representative center tap of the coil L21 connected in the circle of harmonics is. The fundamental wave current is shown in Fig. 2 by dashed, with directional arrows marked lines indicated, the garronic with the ordinal number 2n in corresponding Way by dash-dotted miniature trains. The synchronization of the oscillator circuit can also have a coil winding that connects to coil L20 of the fundamental wave circuit is inductively coupled. A coil L23 provided for this purpose is shown in dashed lines shown in Fig.2.

Fig.3 zeigt einen Oberwellenoszillator in einer Brückenschaltung, wobei jeweils zwei npn-Transistoren in Gegen-talctschaltung zusammengeschaltet sind. Bei der in der Fig. 3 auf der rechten Seite angeordneten Gegentaktschaltung arbeiten die Transistoren T31 und T32 als emittergekoppelte Oszillatoren in Kollektorschaltung.Fig. 3 shows a harmonic oscillator in a bridge circuit, whereby two npn transistors are connected together in counter-talct circuit. At the in of Fig. 3 arranged on the right side push-pull circuit the transistors T31 and T32 work as emitter-coupled oscillators in a collector circuit.

Die Emitter sind über die Trimmer C31 und C32 miteinander verbunden; der Verbindungspunkt der beiden Trimmer C31 und C32 ist gemeinsam mit den Kollektoranschlüssen auf den auf Bezugspotential liegenden Punkt geführt.The emitters are connected to one another via trimmers C31 and C32; the connection point of the two trimmers C31 and C32 is common to the collector connections led to the point at reference potential.

Bei der in der Fig. 3 auf der linken Seite angeordneten, d bei der der gangsseitigen Gegentaktschaltung, arbeitell die Transistoren T33 und T 34 als emittergekoppelte Oszillatoren in Basisschaltung für die Grundwelle. Die Emitter der Transistoren T35 und T34 sind über die Trimmer C33 und C34 miteinander verbunden; der Verbindungspunkt zwischen den Trimmern C33 und C34 ist mit den Basisanschlüssen der Transistoren T33 und T34 am Punkt S verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren T31 und T32 der Gegentaktschaltung in Kollektorschaltung sind jeweils mit den Kollektoranschlüssen des gegenüberliegenden Transistors T33 bzw. T34 der zweiten Gegentaktschaltung miteinander verbunden. Zwischen diesen Verbindungspunkten liegt der aus der Spule L30 und dem Trimmer C30 bestehende Grundwellenkreis, der den Querzweig der Brückenschaltung bildet.When arranged in Fig. 3 on the left side, d in the of the push-pull circuit on the output side, the transistors T33 and T 34 work as emitter-coupled oscillators in a basic circuit for the fundamental wave. The emitters the transistors T35 and T34 are connected to one another via the trimmers C33 and C34; the connection point between trimmers C33 and C34 is with the base connectors of transistors T33 and T34 connected at point S. The base connections of the transistors T31 and T32 of the push-pull circuit in the collector circuit are each connected to the collector connections of the opposite transistor T33 or T34 of the second push-pull circuit with each other tied together. Between these connection points lies the one from the coil L30 and the Trimmer C30 existing fundamental wave circuit, the cross arm of the bridge circuit forms.

Dei Längszweige der Brückenschaltung werden von der Kollektor-Basis-Strecke der Transistoren T31 und T33 bzw. T32 und T34 gebildet. Bei vollständiger Symmetrie sind in der Schaltung zwischen den Punkten S und M nur die geradzahligen Harmonischen vorhanden. Die Auskopplung der Ausgangsleistung bei der gewünschten gerad zahligen Harmonischen erfolgt beispielsweise durch ein Transformationsglied, bestehend aus der Ausgangsinduktivität L33, den veränderlichen Quer- und Längskapazitäten C36 und C37 bzw. C38 und der Querinduktivität L34 die eine Anzapfung aufweist. In diesem Tran,sformationsglied werden gleichzeitig bei evtl. unvollständiger Symrnetrie der Schaltung unerwünschte Harmonische unterdrückt.The series branches of the bridge circuit are from the collector-base route of the transistors T31 and T33 or T32 and T34. With complete symmetry are in the circuit between the points S and M only the even harmonics available. The decoupling of the output power at the desired even number Harmonics are made, for example, by a transformation element consisting of the output inductance L33, the variable cross and series capacitances C36 and C37 or C38 and the shunt inductance L34 the one tap having. In this transformation link are at the same time possibly incomplete Circuit symmetry suppresses unwanted harmonics.

Der Grundwellenstrom ist in der Fig.3 durch gestrichelte, mit Richtungspfeilen versehene Linienzüge angedeutet, die Harmonische der Ordnungszahl 2n in entsprechender Weise durch strichpunktierte Linienzüge. Eine Brückenschaltung dieser Art gibt ähnlich Serie eine Doppelgegentakt schaltung praktisch doppelt so viel Lei;-tung ab wie eine einfache Gegentaktschaltung.The fundamental wave current is shown in FIG. 3 by dashed, with directional arrows marked lines indicated, the harmonic of the ordinal number 2n in corresponding Way by dash-dotted lines. A bridge circuit of this type is similar Series a double push-pull switch off practically twice as much power as a simple push-pull circuit.

Die Gleichspannungsversorgung der Schaltungen erfolgt in bekannter Weise; sie ist der Übersichtlichkeit wegen in den dargestellten Ausführungsbeispielen nicht eingezeichnet. Bei der Gegentaktschaltung nach Fig. 1 und der Do'pelgegentaktschaltung nach Fig.2 liegt der Funkt M, an den die Kollektoranschlüsse der Transistoren geführt sind, beispielsweise auf Massepotential, die Basen und Emitter weisen ein negatives Potential von z.B. -24 V bzw. -25 V auf. In entsprechender Weise würden bei der Brückenschaltung nach Fig.3 die Basen und mitter der Transis-toren T31 und T32 ein Potential von z.B. -24 V bzw. -25 V aufweisen, die der Transistoren T33 und T34 aber eines von -48 V bzw. -49 V.The DC voltage supply of the circuits takes place in a known manner Way; it is for the sake of clarity in the illustrated embodiments not shown. In the push-pull circuit according to FIG. 1 and the double push-pull circuit According to FIG. 2, the point M is to which the collector connections of the transistors are led are, for example at ground potential, the bases and emitters have a negative Potential of e.g. -24 V or -25 V. In a corresponding manner, the Bridge circuit according to Figure 3, the bases and middle of the transistors T31 and T32 Have a potential of e.g. -24 V or -25 V, that of the transistors T33 and T34 but one of -48 V or -49 V.

Es ist daher vorteilhaft, wenn man als Transistoren T33 und T34 zu den Transistoren T3 und T32 komplementäre Transistoren verwendet. Dann haben die Transistorelektroden (Basen, Emitter) beider Gegentaktschaltungen annähernd das gleiche Potential, wodurch sich eine wesentliche Vereinfachung der Gleichspannungsversorgung ergibt.It is therefore advantageous if T33 and T34 are used as transistors uses transistors complementary to transistors T3 and T32. Then they have Transistor electrodes (bases, emitters) of both push-pull circuits approximate that same potential, which significantly simplifies the DC voltage supply results.

3 Figuren 5 Patentansprüche3 Figures 5 claims

Claims

Claims harmonic oscillator with transistors, at their non-linear Characteristic curve the fundamental oscillation is multiplied in its frequency, characterized in that that two transistors with collectors preferably at reference potential are interconnected in push-pull circuit, such that in the output circuit essentially only even harmonics of the fundamental oscillation occur.

2. harmonic oscillator according to claim 1, characterized in that the transistor push-pull circuit is another push-pull circuit of two transistors is connected in parallel with collectors that are preferably at reference potential, such that the base of the transistors of a push-pull circuit each nit the base of the opposite transistor of the second push-pull circuit is connected and that between the two connection points of the fundamental wave circle and the circle for the harmonic are arranged in parallel.

3. harmonic oscillator according to claim 1, characterized in that the transistor push-pull circuit is another push-pull circuit of two transistors connected in parallel with the base lying at reference potential with respect to the fundamental wave is such that the collector of the transistors of the second push-pull circuit, respectively with the base of the transistor opposite this of the first push-pull circuit is connected, and that the branch formed between the two connection points represents the cross arm of a bridge circuit in which the fundamental wave occurs, and that in the longitudinal veins formed by the base-collector paths of the transistors the desired even harmonic occurs in the bridge circuit.

4. Arrangement of several harmonic oscillators according to one of the claims 1 to 3, characterized in that mutual synchronization takes place.

5. harmonic oscillator according to one of claims 1 to), characterized characterized in that an external source of high frequency stability is used for synchronization is provided.