DE1930483C3

DE1930483C3 - Oszillator, vorzugsweise für Uhren

Info

Publication number: DE1930483C3
Application number: DE1930483A
Authority: DE
Inventors: Gaston La Neuveville Raval (Schweiz)
Original assignee: Omega Louis Brandt and Frere SA
Current assignee: Omega Louis Brandt and Frere SA
Priority date: 1968-06-19
Filing date: 1969-06-16
Publication date: 1979-06-07
Also published as: DE1930483A1; DE1930483B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Oszillator, vorzugsweise für Uhren, mit einem die Schwingfrequenz bestimmenden Glied und einem mit diesem zur Aufrechterhallung der Schwingung gekoppelten Verstärker, wobei der Verstärker zwei komplementäre Transistoren aufweist, deren Emitter mit je einem Pol einer Stromquelle unmittelbar oder über einen Kopplungswiderstand verbunden sind und deren Basen jeweils über ein Koppelelement — einen Kopplungswiderstand, einen Kopplungskondensator oder eine Kombination aus diesen - mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden sind.

Oszillatoren dieser Art sind an sich einfach, wobei ein Resonator, beispielsweise eine Stimmgabel oder eine Unruh, mit einem Verstärker über eine Spule gekoppelt wird. Diese Möglichkeit ist von besonderem Interesse, wenn die Kopplungsspule auf der Unruh einer Uhr montiert ist. Es ist nicht nur leichter, die notwendigen Verbindungen zur Spule herzustellen, sondern es ist auch leichter, eine einzige Spule mit zwei Anschlüssen anstelle einer Spule mit einem Abgriff herzustellen.

Außerdem sind die bisher verwendeten ZweipoUVerstärker zur Aufrechterhaltung der Schwingung eines Schwingers in Uhren relativ kompliziert, verglichen mit einem Vierpol-Verstärker, welcher von einer separaten Steuerspule oder einem Teil einer solchen Spule gesteuert wird. Außerdem weisen bekannte Verstärker teuere Elemente zu ihrem Aufbau auf, die obendrein noch meist schwer in den gewünschten Dimensionen und Werten zur Verwendung in Uhren erhältlich sind; beispielsweise ist dies bei Widerständen mit extrem hohen Widerstandswerten der Fall.

Ein Verstärker der genannten Art, bei dem die ί Emitter jeweils direkt an die Stromquelle angeschlossen sind und die Kollektoren zum einen über einen Widerstand und zum anderen über einen ßC-Serienkreis an die Basen des jeweils anderen Transistors angeschlossen sind, ist beispielsweise aus der , inen

ίο Impulsgenerator zum Antrieb von Uhren betreffenden FR-PS 14 38 751 bekannt. Dabei sind die komplementären Transistoren bei der dort angegebenen Schaltung allerdings nicht in Serie, sondern parallel geschaltet. Weiterhin liegt der Ausgang des Verstärkers, mit dem die Last verbunden ist, bei der dort beschriebenen Schaltung zwischen dem Kollektor des einen Transistors und dem Emitter des anderen Transistors. Auf diese Weise ist das Verhalten der in der FR-PS 14 38 751 angegebenen Schaltung dadurch bestimmt, daß der eine Transistor der eigentliche Ausgangs- oder Leistungstransistor ist, durch den der Laststrom fließt, während der andere Transistor lediglich Steuerfunktion besitzt, wie es bei Muitivibratorschaitungen dieser Art üblich ist. Damit handelt es sich bei der dort beschriebenen

2^ri Anordnung um eine asymmetrische Schaltung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Oszillator der

oben bezeichneten Art7u schaffen,dereinen Verstärker mit einfachem Aufbau und sehr guter Leistung aufweist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, einen

jo Oszillator der im Oberbegriff angegebenen Art so auszubilden, daß die beiden komplementären Transistoren in Serie geschaltet sind und daß ihre Kollektoren über das die Schwingfrequenz bestimmende Glied verbunden sind, welches aus einer Spule und einem mit

Vj dieser gekoppelten Schwinger besteht.

Es ist zwar aus der DE-AS 12 44 069 an sich bekannt, bei einer Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte, insbesondere Uhren, zwei komplementäre Transistoren in Serie zu schalten, jedoch weist die dort angegebene

■hi Verstärkerschaltung einen völlig anderen Aufbau auf. Bei der dort angegebenen Schaltung sind nämlich die Emitter der beiden komplementären Transistoren direkt miteinander verbunden und nicht, wie beim erfindungsgemäßen Oszillator, mit je einem Pol der

Vi Stromquelle. Ferner werden die beiden Anschlüsse des Verstärkers dort von dem Kollektor des einen Transistors und von einem Pol der Stromquelle gebildet, so daß keine symmetrischen Anschlüsse des Verstärkers vorliegen und die do:t angegebene Schaltung einen

vi astabilen Verstärker darstellt.

Außerdem erkennt man, daß bei den bekannten, oben diskutierten Schaltungen ein Ladekondensator, der in beiden Fällen zwischen die Basis des einen und den Kollektor des anderen Transistors geschallet ist, zur

Vt Schwingungserzeugung erforderlich ist, während der erfindungsgemäße Oszillator ein solches Element nicht benötigt, sondern in seiner einfachsten Ausführungsform nur mit zwei komplementären Transistoren, zwei Widerständen und einer Spule auskommt.

Weiterbildende Merkmale des erf'ndungsgemäßen Oszillators sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein solcher Kreis ist sehr einfach und weist vorteilhafte Anschwingbedingungen und eine hohe Stabilität ohne Verwendung von Elementen unüblicher Werte oder Charakteristiken auf. Ein solcher Oszillator kann in einem weiten Bereich angewandt werden, praktisch Unabhängig Von der Frequenz des Schwingers, weicher ein Pendel, eine Stimmgabel, ein elektrischer

Schwingkreis, eine Unruh, ein Piezoquarz od. dgl. sein kann. Im besonderen kann der Verstärker des Oszillators ohne jede kapazitive Kopplung verwendet werden, so daß die Verstärkercharakteristik praktisch unabhängig von der Frequenz des verwendeten Oszillators ist. Um den Kreis zu stabilisieren, ist es vorteilhaft, einen Stabilisierungswiderstand im Emitterkreis eines oder beider Transistoren oder einen Kopplungswiderst&nd mit einem entsprechenden Temperaturkoeffizienteni zu verwenden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus beispielsweisen Ausführungsformen an Hand der Zeichnung. In dieser zeigen

F i g. 1 bis 4 Schaltskizzerr von elektrischen Kreisen gemäß der Erfindung.

Der Kreis nach Fig. I weist zwei komplementäre Transistoren Xa und Xb auf, deren Emitter mit Widerständen 2 und 3 verbunden sind, von welchen der eine mit dem positiven Pol und der andere mit dem negativen Pol einer Stromquelle, z. B. einer miniaturisierten Stromquelle von 1,35 V, verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren Xa und Xb bilr!en dia Anschlüsse des Verstärkers, welche mit den Anschlüssen einer Spule 4 und eines parallel zu der Spule 4 geschalteten Kondensators 5 verbunden sind. In einer nicht gezeigten und bekannten Weise ist die Spule 4 mit einem elektromechanischen Resonator, z. B. einer Unruh, einer Stimmgabel usw. gekoppelt. Die Basen der Transistoren Xa und Xb sind mit einem Vorschaltwiderstand 6 verbunden. Außerdem ist die Basis jedes Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors über je einen Kondensator 7 bzw. 8 verbunden.

Signale, welche in der Spule 4 durch eine Schwingung induziert werden, werden simultan verstärkt durch beide Transistoren, wobei die Amplitude rasch einen großen Wert annimmt und auf diesem gehalten wird. Es hat sich gezeigt, daß der Verstärker gemäß F i g. 1 einen sehr kurzen EinS'.-hwingvorgang durch die harte Kopplung mittels der Kondensatoren 7 und 8 ermöglicht. Der Schwingkreis, gebildet aus der Spule 4 und dem Kondensator 5, ist nahezu auf die Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingers ausgelegt. Die Frequenz des Kreises ist nicht wesentlich beeinflußbar durch einen Spannungsabfall der Spannungsquelle und auch nicht durch die Temperatur, speziell durch die Gegenkopplung miltels der beiden Widerstände 2 und 3.

Der Kreis nach i-ig. 2 stimmt im wesentlichen mit dem nach Fig. 1 iberein, mit Ausnahme der Kopplungskreise zwischen den Kollektoren und den Basen der Transistoren. Diese Knnplungskreise bestehen aus parallelen ftC'-Kreisen, die aus Kondensatoren 7 bzw. 8 und Widerständen 9 bzw. 10 aufgebaut sind. Die Basisströme Hießen direkt durch die Widerstände 9 und 10, wobei der Vorspannungswiderstand 6 entfällt. Ansonsten entspricht der Kreis nach F" i g. 2 und dessen Charakteristik dem Kreis nach Fig. 1.

Im folgenden ist eine Zusammensetzung der Werte der einzelnen Elemente des Kreises nach F i g. 2 angegeben, welcher eine: Stimmgabel bei 414 Hz erregt.

Kondensators
Stromabnahme

2200 ρ F
9μΑ

Die Stromaufnahme steigt auf 17μΑ während des Einschwingvorganges an, was zeigt, daß die Rückkopplung im Verstärker und die Einschwinggeschwindigkeit sehr gut sind und einen selbsttätigen Start der Schwingungseinrichtung erlaubt

Derselbe Kreis mit etwas anderen Werten seiner Bauteile kann zusammen mit einer Unruh, welche eine Frequenz von 5 Hz aufweist, verwendet werden. Die Werte der Bauteile sind folgende:

Widerstände 2 und 3	560 Ohm
Widerstände 9 und 10	0,47 Mohm
Kondensatoren 7 und 8	0,47 μΡ
Kondensator 5	0,22 μ¥
Stromaufnahme	9μΑ
Maximale Stromaufnahme
beim Start	35 αΑ

F i g. 3 zeigt eine vereinfachte Abführung eines solchen Kreises, bei welcher die kapazitive Kopplung ersetzt ist durch eine einfachere Kopplung durch ciie Widerstände 9 und 10 entsprechend den Widerstärden 9 und 10 aus der F i g. 2. Der Kondensator 5 ist ebenfalls weggelas^on. Es hat sich gezeigt, daß der Kreis nach Fig. 3 ebenso stabil ist, jedoch eine höhere Leistungsaufnahme aufweist, weil die Wechselkomponente durch die Widerstände 9 und 10 fließt.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, welche weiter vereinfacht wurde durch Weglassen der Gegenkopplungswiderstände 2 und 3. Um eine ausreichende Temperaturstabilität zu erhalten, ist es vorteilhaft, Elemente zu benützen, welche einen passenden Temperaturkoeffizienten aufweisen, z. B. PTC-Widerstände9und 10.

Die oben beschriebenen Schaltkreise weisen alle einen symmetrischen Aufbau auch bezüglich deren Dimensionierung auf. so daß die Koppelelemente und die Gegenkopplungswiderstände für beide Transistoren gleich ausgelegt sind. Jedoch haben auch entsprechende asymmetrische Kreise eine gute Charakteristik. Beispielsweise können die Elemente 2 und 7 des Kreises nach F i g. 2 weggelassen werden. Die Werte der Elemente des so entstandenen Kreises sind cHnn wie folgt:

3900 Ohm
1.2 Mohm
4.7 Mohm
2200 pF
0.22 μΡ

Widerstände 2 und 3
Widerstände 9 und 10
Kondensatoren 7 urtd 8

39000hm
1 Mohm
0,22 μΡ

Widerstand 3
Widerstand 9
Widerstand 10
Kondensator 5
Kondensator 8
Stromaufnahme

Außerdem wurde gefunden, daß die Stabilität der arifegc'jeien Kreise verbessert werden kann, wenn ein Widerstand zwischen die Basis und den Emitterkreis bei wenigstens einem oer Transistoren geschalt·:! wird. Dieser Widerstand kann mit dem Emitter oder dem positiven oder dem negativen Pol der Stromquelle verbunden sein.

Die beschriebenen Schaltkreise können mit jeder Art von Resonator zusammenwirken. Insbesondere kann auch ein elektrischer Schwingkreis, wie der Kreis 4·, 5 in den F i g. 1 und 2 verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oszillator, vorzugsweise für Uhren, mit einem die Schwingfrequenz bestimmenden Glied und einem mit diesem zur Aufrechterhaltung der Schwingung gekoppelten Verstärker, wobei der Verstärker zwei komplementäre Transistoren aufweist, deren Emitter mit je einem Pol einer Stromquelle unmittelbar oder über einen Kopplungswiderstand verbunden sind und deren Basen jeweils über ein Koppelelement — einen Kopplungswiderstand, einen Kopplungskondensator oder eine Kombination aus diesen — mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden komplementären Transistoren (la, \b) in Serie geschaltet sind und daß ihre Kollektoren über das die Schwingfrequenz bestimmende Glied verbunden sind, welches aus einer Spule (4) und einem mit dieser gekoppelten Schwinger besteht.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger als ein mechanischer Schwinger (?. B. ais Stimmgabel oder unruh) ausgebildet und elektrodynamisch mittels der Spule (4) mit dem Verstärker gekoppelt ist.

3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (5) parallel zur Spule (4) geschaltet ist.

4. Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis und dem Emillerkreis wenigstens eines Transistors (la, \b) ein Widerstand gestaltet ist.