DE1934403B2 - Temp. compensated circuit with controllable capacitive diode - has second diode of opposite polarity in series and uses series connection as tuner for oscillation circuit - Google Patents
Temp. compensated circuit with controllable capacitive diode - has second diode of opposite polarity in series and uses series connection as tuner for oscillation circuitInfo
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Abstract
Description
3030th
Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturkompensierte Schaltungsanordnung mit einer steuerbaren Kapazitätsdiode, deren Arbeitspunkt mittels des über einen temperaturabhängigen Spannungsteiler abgeleiteten Teils einer insbesondere variablen Kontrollspannung einstellbar ist, und bei der der in Serie zum Spannungsteilerausgang liegende Teilerwiderstand aus einer in Durchlaßrichtung gepolten Kompensationsdiode besteht, deren Diffusionsspannung derjenigen der Kapazitätsdiode möglichst weitgehend gleichkommt.The invention relates to a temperature-compensated circuit arrangement with a controllable Capacitance diode whose operating point is derived by means of a temperature-dependent voltage divider Part of a particularly variable control voltage is adjustable, and in the series to Voltage divider output lying divider resistance from a compensation diode polarized in the forward direction exists whose diffusion voltage is as close as possible to that of the capacitance diode.
Die einstellbare Kapazität C der im Sperrbereich betriebenen Kapazitätsdiode ist durch die BeziehungThe adjustable capacitance C of the capacitance diode operated in the blocking range is given by the relationship
C = C =
(D(D
gegeben. Hierin bedeuten U die Sperrspannung, i/o die Diffusionsspannung und k eine Konstante. Bei Siliziumdioden beträgt die Diffusionsspannung Ua etwa 0,5 V und ändert sich um ca. 2 mV pro Grad. Die temperaturabhängigen Spannungsteiler der bekannten Schaltungen sind so ausgelegt, daß die temperaturbedingten Schwankungen von Uo bei einem vorgegebenen Wert von U möglichst ausgeglichen werden. Um darüber hinaus die Temperaturabhängigkeit der Kapazitätsdiode auch bei beliebiger Arbeitspunkteinstellung zu kompensieren, müßte die Temperaturabhängigkeit der Spannungsteilung zusätzlich als Funktion von U variiert werden, was jedoch bei einem noch vertretbaren Schaltungsaufwand mit temperaturabhängigen Widerständen praktisch nicht durchführbar ist.given. Here, U is the reverse voltage, i / o is the diffusion voltage and k is a constant. In the case of silicon diodes, the diffusion voltage Ua is approximately 0.5 V and changes by approximately 2 mV per degree. The temperature-dependent voltage dividers of the known circuits are designed so that the temperature- related fluctuations in Uo are compensated for as far as possible at a given value of U. In order to compensate for the temperature dependence of the capacitance diode even at any operating point setting, the temperature dependency of the voltage division would also have to be varied as a function of U , but this is practically not feasible with a reasonable amount of circuitry with temperature-dependent resistors.
Aus der Zeitschrift »Funkschau«, 1967,39. Jg, Heft 7, Seiten 185 bis 188, insbesondere Bild 8 der Seite 187 ist eine temperaturkompensierte Schaltungsanordnung mit einer steuerbaren Kapazitätsdiode Cbeschrieben, deren Arbeitspunkt in Abhängigkeit von dem über einen temperaturabhängige!! Spannungsleiter Ry, Rr, D From the magazine "Funkschau", 1967,39. Jg, Issue 7, pages 185 to 188, in particular Figure 8 on page 187, describes a temperature-compensated circuit arrangement with a controllable capacitance diode C, the operating point of which depends on the temperature-dependent !! Voltage conductor Ry, Rr, D
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b0 abgeleiteten Teil einer insbesondere variablen Kontrollspannung einstellbar ist, bei der der in Serie zum Spannungsteilerausgang +, — liegende Teilerwiderstand aus einer in Durchlaßrichtung gepolten Kompensationsdiode D besteht, deren Diffusionsspannung derjenigen der Kapazitätsdiode C möglichst weitgehend gleichkommt. b0 derived part of an especially variable control voltage can be set, in which the divider resistor in series with the voltage divider output +, - consists of a compensation diode D polarized in the forward direction, the diffusion voltage of which is as close as possible to that of the capacitance diode C.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche temperaturkompensierte Kapazitätsdiodenschaltung in der Weise weiterzubilden, daß sie als das frequenzbestimmende Element eines Schwingkreises verwendet werden kann, das mittels einer Steuerspannung in seiner Kapazität, insbesondere auch sehr kurzzeitig variierbar istThe invention is based on the object of such a temperature-compensated varactor diode circuit in such a way that they act as the frequency-determining element of an oscillating circuit can be used that by means of a control voltage in its capacity, in particular also very can be varied for a short time
Dies wird, ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kapazitätsdiode mit einer zweiten, entgegengesetzt gepolten in Serie geschaltet ist, daß die Serienschaltung als Abstimmelement eines Schwingkreises dient, deren induktivität der Serienschaltung parallel geschaltet ist, und daß die Kapazitätsdiode in Serie mit einer zusätzlichen, variablen Steuerspannungsquellc an den Spannungsteilerausgang geschaltet istBased on a circuit arrangement of the type mentioned at the outset, this is thereby achieved according to the invention achieved that the capacitance diode is connected in series with a second, oppositely polarized, that the Series connection is used as a tuning element of a resonant circuit, the inductance of which matches the series connection is connected in parallel, and that the capacitance diode in Series with an additional, variable control voltage source connected to the voltage divider output is
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der in jedem Falle vorhandene Kondensator, über den ein Punkt des Schwingkreises hochfrequenzmäßig an Masse gelegt ist sich bezüglich der zusätzlichen Steuerspannungsquelle Uk' nicht störend bemerkbar macht Dieser Kondensator würde zwar, da er ja auch parallel zu dem in aller Regel einpolig an Masse liegenden Ausgang des Spannungsteilers geschaltet ist jede Spannungsänderung von Uk verlangsamen, doch kann er die Zeitfunktion von Uk' nicht beeinflussen, da er in Serie zu der einen Kapazitätsdiode am Spannungsteilerausgang liegt. Damit kann nämlich über den Ausgang des Spannungsteilers kein von Uk' hervorgerufener Strom fließen. Die Folge davon ist, daß auch schnelle Spannungsänderungen von Ui trotz der Temperaturstabilisierung der Schaltung voll wirksam sind.Through these measures it is achieved that the capacitor, which is present in any case and via which a point of the resonant circuit is connected to ground in terms of high frequency, does not become noticeable in terms of the additional control voltage source Uk ' Usually single-pole connected to the ground output of the voltage divider, every change in voltage of Uk slows down, but it can not influence the time function of Uk ' because it is in series with one capacitance diode at the voltage divider output. This means that no current caused by Uk 'can flow through the output of the voltage divider. The consequence of this is that even rapid voltage changes in Ui are fully effective in spite of the temperature stabilization of the circuit.
Wesentliche Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß bei guter Übereinstimmung der Diffusionsspannungen beider Dioden neben der Ausdehnung der Kompensationswirkung auf beliebige Arbeitspunkteinstellungen im Gegensatz zu den bekannten Spannungsteilerschaltungen eine sehr weitgehende, d. h. mit geringem Restfehler behaftete, Kompensation erreicht wird. Hieraus ergeben sich vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten für derartig stabilisierte Kapazitätsdioden als frequenzbestimmende Elemente in Schwingkreisen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik.Essential advantages of the invention are, in particular, that with good agreement of the Diffusion voltages of both diodes in addition to the expansion of the compensation effect to any In contrast to the known voltage divider circuits, operating point settings have a very extensive, d. H. with little residual error, compensation is achieved. This results in advantageous Possible applications for such stabilized capacitance diodes as frequency-determining elements in oscillating circuits in electrical communications and measurement technology.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der lediglich zum besseren Verständnis dargestellten Schaltbilder nach den F i g. 1 und 2 sowie eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nach F i g. 3 näher beschrieben.The invention is explained below with the aid of the circuit diagrams shown merely for better understanding according to the F i g. 1 and 2 as well as a preferred embodiment according to FIG. 3 described in more detail.
In F i g. 1 sind die Elektroden 1 und 2 einer Kapazitätsdiode 3 mit dem Ausgang eines Spannungsteilers 4, 5 verbunden, der von einer insbesondere variablen Kontrollspannung Uk gespeist wird. Dabei besteht der in Serie zum Ausgang liegende Teilerwiderstand 4 aus einer in Durchlaßrichtung gepolten Kompensationsdiode, deren Diffusionsspannung derjenigen der Kapazitätsdiode 3 möglichst weitgehend gleichkommt Der parallel zum Spannungsteilerausgang liegende Teilerwiderstand 5 ist als ohmscher Widerstand ausgebildet.In Fig. 1, the electrodes 1 and 2 of a capacitance diode 3 are connected to the output of a voltage divider 4, 5, which is fed by an in particular variable control voltage Uk. The divider resistor 4 lying in series with the output consists of a forward-biased compensation diode whose diffusion voltage is as close as possible to that of the capacitance diode 3. The divider resistor 5 lying parallel to the voltage divider output is designed as an ohmic resistor.
Bezeichnet man die Diffusionsspannungen der beiden Dioden mit i/o, so erkennt man, daß die an 5 abfallende Teilspannung dem Wert Uk- i/o entspricht Diese wird, vorzugsweise über eine entkoppelnde Induktivität 6, den Elektroden 1, 2 von 3 als Sperrspannung U zugeführt Anstelle von oder zusätzlich zu 6 kann auch ein Entkopplungswiderstand vorgesehen sein. Ein Vergleich mit 1 zeigt, daß sich die Diffusionsspannung der Kapazitätsdiode 3 gegen diejenige der Kompensationsdiode 4 aufhebt, so daß die einstellbare Kapazität C temperaturunabhängig wird. Um die Gleichheitsbedingung zwischen den Diffusionsspannungen beider Dioden zu erfüllen, wird als Kompensationsdiode 4 eine Flächendiode gleichen oder ähnlichen Typs verwendet wie die Kapazitätsdiode 3. Weiterhin sollte auch ein guter thermischer Kontakt zwischen beiden bestehen. Zur Erzielung eines kleinen Restfehlers bei der Temperaturkondensation ist es zweckmäßig, den über die Kompensationsdiode 4 fließenden Strc-n möglichst klein zu halten, beispielsweise unter 1 mA.Denoting the diffusion voltages of the two diodes with I / O, it can be seen that the voltage dropping at 5 divided voltage corresponding to the value UK- i / o This is preferably via a decoupling inductor 6, the electrodes 1, 2 of 3 as a reverse voltage U Instead of or in addition to 6, a decoupling resistor can also be provided. A comparison with FIG. 1 shows that the diffusion voltage of the capacitance diode 3 cancels out that of the compensation diode 4, so that the adjustable capacitance C becomes independent of temperature. In order to meet the equality condition between the diffusion voltages of the two diodes, a flat diode of the same or similar type as the capacitance diode 3 is used as the compensation diode 4. Furthermore, there should also be good thermal contact between the two. In order to achieve a small residual error in the temperature condensation, it is expedient to keep the Strc-n flowing through the compensation diode 4 as small as possible, for example below 1 mA.
F i g. 2 zeigt die Anwendung einer solchen temperaturstabilisierten Kapazitätsdiode als frequenzbestimmendes Element eines Schwingkreises. Dieser wird von der Kapazitätsdiode 3' und der zu ihr parallelgeschalteten Induktivität 7 gebildet Der entsprechend F i g. 1 ausgebildete Spannungsteiler ist mit seinem Ausgang an die Schaltungspunkte 8 und 9 des Schwingkreises gelegt, zwischen die eine gegenüber der Diodenkapazität von 3' vorzugsweise groß bemessene Kapazität 10 geschaltet ist. Hierdurch wird der Schwingkreis für die sich erregende Schwingung geschlossen und gleichzeitig ein Kurzschluß der zwischen 8 und 9 zugeführten, den Schwingkreis 3', 7 abstimmenden Sperrspannung vermieden.F i g. 2 shows the application of such a temperature-stabilized Capacitance diode as a frequency-determining element of an oscillating circuit. This is from of the capacitance diode 3 'and the inductance 7 connected in parallel with it. The corresponding FIG. 1 trained voltage divider is connected with its output to the circuit points 8 and 9 of the resonant circuit, between the one capacitance 10, which is preferably large compared to the diode capacitance of 3 ' is. As a result, the resonant circuit for the exciting oscillation is closed and activated at the same time Short circuit of the reverse voltage supplied between 8 and 9, which tunes the oscillating circuit 3 ', 7 avoided.
In F i g. 3 ist die Serienschaltung zweier gegeneinander gepolter Kapazitätsdioden 3", 3'", die in der beschriebenen Weise temperaturstabilisiert sind, mit einer parallelgeschalteten Induktivität 11 zu einem Schwingkreis zusammengesetzt. Die Elektroden der Diode 3" sind in Serie mit einer zusätzlichen Steuerspannungsquelle Ui an den Ausgang des bereits beschriebenen Spannungsteilers 4,5 geschaltet, der von einer Kontrollspannung Uk gespeist wird. Die den Kapazitätsdioden 3", 3'" zugeführte Sperrspannung besteht aus zwei Teilspannungen, deren erste an 5 abfällt: und um die Diffusionsspannung Uo der Kompensationsdiode 4 kleiner ist als die Kontrollspannung Uk, während die zweite aus einer zusätzlichen Steuerspannung Ui besteht und zwischen dem Bezugspotential und dem Verbindungspunkt 12 beider Kapazitätsdioden angeschaltet ist. Diese Teilspannungen sind so gepolt, daß ihre Summe an der Diode 3" unmittelbar undIn Fig. 3 is the series connection of two capacitance diodes 3 ″, 3 ′ ″ which are polarized against one another and which are temperature-stabilized in the manner described, combined with an inductance 11 connected in parallel to form a resonant circuit. The electrodes of the diode 3 "are connected in series with an additional control voltage source Ui to the output of the voltage divider 4, 5 already described, which is fed by a control voltage Uk . The reverse voltage fed to the capacitance diodes 3", 3 '"consists of two partial voltages, the first of which drops at 5: and is smaller than the control voltage Uk by the diffusion voltage Uo of the compensation diode 4, while the second consists of an additional control voltage Ui and is connected between the reference potential and the connection point 12 of both capacitance diodes. These partial voltages are polarized so that their sum at the diode 3 "immediately and
ίο dementsprechend an 3'" mittelbar (über 11) wirksam ist
Die weitgehende Temperaturkompensation beruht wieder auf der gegenseitigen Aufhebung der Diffusionsspannungen i/o der Dioden 3", 3'" und 4.
Sowohl Uk als auch Ui können im Sinne derίο is accordingly effective at 3 '"indirectly (via 11). The extensive temperature compensation is again based on the mutual cancellation of the diffusion voltages i / o of the diodes 3", 3'"and 4.
Both Uk and Ui can be used in the sense of
is vorliegenden Erfindung konstant sein oder nach einer insbesondere periodischen Zeitfunktion variiert werden, beispielsweise in Anwendung auf elektronisch gesteuerte Meßsender, deren Ausgangsfrequenz nach einer Dreiecks-, Sägezahn- oder einer ähnlichen Funktion frequenzmoduliert wird. Wesentlich ist hierbei, daß die Summe von Uk-Ua und Ui die Kapazitätsdioden in den Arbeitsbereich aussteuert Handelt es sich also um eine zeitabhängige Aussteuerung mittels einer Wechselspannungskomponente, so muß die den Dioden 3" und 3'" anliegende Summenspannung eine Gleichspannungskomponente von solcher Größe aufweisen, daß eine Umpolung der Sperrspannung verhindert wird.Is the present invention constant or varied according to an especially periodic time function, for example in application to electronically controlled measuring transmitters, the output frequency of which is frequency-modulated according to a triangular, sawtooth or a similar function. It is essential that the sum of Uk-Ua and Ui controls the capacitance diodes in the working range that a polarity reversal of the reverse voltage is prevented.
In Fig.3 kann mit Vorteil zwischen dem Verbindungspunkt 12 und der zusätzlichen Steuerspannungsquelle Ui ein induktiver und/oder ohmscher Entkopplungswiderstand 13 vorgesehen sein.In FIG. 3, an inductive and / or ohmic decoupling resistor 13 can advantageously be provided between the connection point 12 and the additional control voltage source Ui.
Die Aufteilung der den Kapazitätsdioden zugeführten Sperrspannung in zwei Teilspannungen, von denen Uk- i/o konstant ist und Ui zeitabhängig variiert wird, bringt den Vorteil mit sich, daß die Variation von Ui wesentlich kurzzeitiger erfolgen kann als z. B. die Variation von Uk in den F i g. 1 oder 2, da in diesem Fall die relativ große Kapazität 10 von der Steuerspannung nicht mehr umgeladen werden muß. Bei einer Anwendung der Schaltung nach F i g. 3 auf selbstabstimmende Anordnungen entfällt aus dem gleichen Grund die störende Zeitkonstante oder wird zumindest sehr klein.The division of the reverse voltage supplied to the varactor diodes into two partial voltages, of which Uk- i / o is constant and Ui is varied as a function of time, has the advantage that the variation of Ui can take place much more briefly than z. B. the variation of Uk in FIGS. 1 or 2, since in this case the relatively large capacitance 10 no longer has to be reloaded by the control voltage. When using the circuit according to FIG. 3 for the same reason the disruptive time constant does not apply to self-tuning arrangements or is at least very small.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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