DE19654911A1 - Oszillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Oszillator, mit einem rückgekoppelten Verstärker und einem Resonator (Schwingkreis).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator zu schaffen, der sich bei niedrigen Versorgungsspannungen durch einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Oszillator durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gegeben.

In den Unteransprüchen 2 bis 8 sind vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben.

Der erfindungsgemäße Oszillator eignet sich insbesondere zur Ver­ wendung in einer Signal- oder Ortungsvorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den Schaltplan eines erfindungsgemäßen Oszil­ lators.

Problematisch ist, daß herkömmliche Oszillatoren einen zu geringen Oszillatorwirkungsgrad aufweisen, um einen Sendeschwingkreis, be­ stehend aus Spule Lx und Kondensator Cx, mit genügend hoher Aus­ gangsleistung bei niedriger Versorgungsspannung V+ anzusteuern. Ein weiteres Problem ist, daß bei entsprechender Auslegung eines Oszillators auf einen brauchbaren Oszillatorwirkungsgrad hin, das Anschwingverhalten so schlecht ist, daß eine Betriebssicherheit, wie sie insbesondere im Eisenbahnwesen zu fordern ist, nicht er­ reicht wird.

Erfindungsgemäß ist daher eine Oszillatorschaltung gemäß Fig. 1 vorgesehen, bei der während des Anschwingens ein höherer Verstär­ kungsfaktor eingestellt wird, als im eingeschwungenen Zustand des Oszillators.

Die Oszillatorschaltung gemäß Fig. 1 besteht zunächst in an sich bekannter Weise aus einem rückgekoppelten Verstärker, im wesentli­ chen bestehend aus T5 und einer im Gegentaktverfahren betriebenen Leistungsstufe, bestehend im wesentlichen aus T7 und T10 nebst der entsprechenden Beschaltung. Der Verstärker treibt einen Sende­ schwingkreis, bestehend aus CX und LX.

Der Verstärkerstufe T5 ist ein Impedanzwandler T6 nachgeschaltet. Am Anfang des Anschwingvorgangs sind in der Schaltung alle Wech­ selspannungen klein. Weil demzufolge auch die Amplitude am Emitter von T6 klein ist, bleibt T9 gesperrt. T8 ist über R14 durchge­ schaltet, und durch die Dioden D3 und D4 fließt ein Strom, der im wesentlichen durch R13 begrenzt wird. Aufgrund dieses Stromes ha­ ben D3 und D4 einen Arbeitspunkt, in dem sie einen endlichen Wi­ derstand aufweisen. Dieser arbeitspunktabhängige Widerstand der beiden Dioden ist über C6 wechselstrommäßig zu R8 parallelgeschal­ tet. Dadurch ist die Verstärkung der mit T5 aufgebauten Stufe zu­ nächst vergleichsweise hoch. Weil die Verstärkung der mit T5 auf­ gebauten Stufe als Faktor in die Gesamtverstärkung der Schaltung eingeht, ist ebenso die Gesamtverstärkung hoch, wodurch der An­ schwingvorgang schnell abläuft und weitgehend unempfindlich von Umwelteinflüssen ist.

Ab einer bestimmten Amplitude am Emitter von T6 wird T9 periodisch durchgeschaltet und entlädt C7. Weil die aus R14 und C7 bestehende Schaltung eine Zeitkonstante aufweist, die groß gegenüber der Pe­ riode der erzeugten Schwingspannung ist, kann sich C7 nur wenig aufladen und T8 sperrt. Durch D3 und D4 fließt kein Strom und der arbeitspunktabhängige Widerstand dieser Dioden ist fast unendlich. Damit wird jetzt die Verstärkung der mit T5 aufgebauten Verstär­ kerstufe im wesentlichen durch das Verhältnis von R7 zu R8 be­ stimmt und ist vergleichsweise niedrig.

Durch diese Technik des Umschaltens zwischen zwei verschiedenen Verstärkungsfaktoren ergibt sich folgender Vorteil. Die Dimensio­ nierung für den eingeschwungenen Zustand (T8 sperrt) kann weitge­ hend dahin optimiert werden, daß möglichst wenig Verzerrungen der Schwingkreisspannung entstehen. Diese Dimensionierung erfordert im allgemeinen niedrige Verstärkung und wird durch das Verhältnis von R7 zu R8 eingestellt. Neben dem maximalen Wirkungsgrad erreicht man weiterhin, daß die Nichtlinearitäten des Verstärkers nicht in Erscheinung treten und daher auch nicht die Frequenz des Oszilla­ tors beeinflussen können. Dieses Kriterium ist wichtig, weil die Nichtlinearitäten immer stark temperaturabhängig sind. Die Fre­ quenz des Oszillators soll allein durch die linearen Bauteile Lx und Cx bestimmt sein.

Die in Fig. 1 dagestellte Oszillatorschaltung zeichnet sich daher dadurch aus, daß sie mit der zur Verfügung stehenden Speiselei­ stung im Temperaturbereich von -40°C bis 85°C stets zuverlässig und schnell anschwingt und die Amplitude des Stroms in der Spule Lx des Sendeschwingkreises Lx, Cx nahezu unabhängig von der Tempe­ ratur ist. Dabei weist diese Schaltung einen hohen Oszillatorwir­ kungsgrad auf. Dadurch wird eine hohe Ausgangsleistung bei kleiner Speiseleistung (kleine Stromaufnahme) ermöglicht. Die Schaltung arbeitet bereits mit sehr kleinen Betriebsspannungen, beispiels­ weise mit 2,5 Volt. Dadurch kann bei vorgegebener Leistungsaufnah­ me eine niederohmige Dimensionierung erreicht werden. Beides hat zur Folge, daß die Funktion der Schaltung durch Feuchtigkeit nicht beeinflußt wird. Diese Eigenschaften der Schaltung in bezug auf Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit sind Voraussetzung für den permanenten Einsatz am Gleiskörper an allen Orten auf der Welt.

Die Resonanzfrequenz des Sendeschwingkreises Lx, Cx wird durch die Oszillatorschaltung nur unwesentlich beeinflußt. Daraus ergibt sich, daß das Temperaturverhalten der Oszillatorfrequenz wesent­ lich durch das Verhalten der Sendespule Lx und der parallelge­ schalteten Kapazität Cx bestimmt wird. Der Temperaturgang der Sen­ despule Lx kann durch Wahl bzw. Zusammenschaltung eines Kondensa­ tors Cx mit passendem Temperaturgang kompensiert werden.

Die Spulen 1 der Sendeschwingkreise können als Luftspulen ausge­ führt werden, wodurch eine billige Herstellung dieser Spulen mög­ lich ist.

Claims (8)

1. Oszillator, mit einem rückgekoppelten Verstärker und einem Resonator (Schwingkreis), dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine Beschaltung aufweist, die den Ver­ stärkungsfaktor bei einer bestimmten Ausgangsspannung von einem hohen Verstärkungsfaktor auf einen niedrigeren Verstär­ kungsfaktor schaltet.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen ersten Transistor (T5) aufweist, dessen Kollektoran­ schluß an den ersten Anschluß eines ersten Widerstands (R7) und an den Basisanschluß eines zweiten Transistors (T6) ange­ schlossen ist, der Emitteranschluß des ersten Transistors (T5) an den ersten Anschluß eines zweiten Widerstands (R8) und an den ersten Anschluß eines ersten Kondensators (C6) angeschlossen ist, der Emitteranschluß des zweiten Transi­ stors (T6) an den ersten Anschluß eines dritten Widerstands (R9), an den ersten Anschluß eines zweiten Kondensators (C4), an den ersten Anschluß eines dritten Kondensators (C9) und an den ersten Anschluß eines vierten Kondensators (C8) ange­ schlossen ist, der zweite Anschluß des zweiten Kondensators (C4) an den Basisanschluß eines dritten Transistors (T7) an­ geschlossen ist, der Emitteranschluß des dritten Transistors (T7) an den ersten Anschluß eines vierten Widerstands (R12) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des dritten Kondensa­ tors (C9) an den Basisanschluß eines vierten Transistors (T10) angeschlossen ist, der Emitteranschluß des vierten Transistors (T10) an den ersten Anschluß eines fünften Wider­ stands (R18) angeschlossen ist, der Kollektoranschluß des dritten Transistors (T7) an den Kollektoranschluß des vierten Transistors (T10) und an den ersten Anschluß eines fünften Kondensators (C11) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des fünften Kondensators (C11) an den ersten Anschluß eines sech­ sten Kondensators (C3) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des sechsten Kondensators (C3) an den Basisanschluß des er­ sten Transistors (T5) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des ersten Kondensators (C6) an den ersten Anschluß eines sechsten Widerstands (R13) angeschlossen ist, der zweite An­ schluß des sechsten Widerstands (R13) an den Kollektoran­ schluß eines fünften Transistors (T8) angeschlossen ist, der Basisanschluß des fünften Transistors (T8) an den ersten An­ schluß eines siebten Kondensators (C7), an den Kollektoran­ schluß eines sechsten Transistors (T9) und an den ersten An­ schluß eines siebten Widerstands (R14) angeschlossen ist, der Basisanschluß des sechsten Transistors (T9) an den ersten Anschluß eines achten Widerstands (R15) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des achten Widerstands (R15) an den zwei­ ten Anschluß einer ersten Diode (D5) und an den zweiten An­ schluß des vierten Kondensators (C8) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des ersten Widerstands (R7) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der Kollektor­ anschluß des zweiten Transistors (T6) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der zweite Anschluß des vierten Widerstands (R12) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der zweite Anschluß des fünften Widerstands (R18) an eine Spannung oder an das Be­ zugspotential angeschlossen ist, der zweite Anschluß des zweiten Widerstands (R8) an eine Spannung oder an das Bezugs­ potential angeschlossen ist, der zweite Anschluß des dritten Widerstands (R9) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der Emitteranschluß des fünften Transi­ stors (T8) an eine Spannung oder an das Bezugspotential ange­ schlossen ist, der Emitteranschluß des sechsten Transistors (T9) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlos­ sen ist, der zweite Anschluß des siebten Kondensators (C7) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der zweite Anschluß des siebten Widerstands (R14) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der erste Anschluß der ersten Diode (D5) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der zweite Anschluß des fünften Kondensators (C11) die erste Klemme zum Anschluß eines Parallelresonanzkreises (Lx, Cx) bildet und das Bezugs­ potential oder eine Spannung die zweite Klemme zum Anschluß des Parallelresonanzkreises (Lx, Cx) bildet.

3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß des sechsten Widerstands (R13) an den zweiten Anschluß einer zweiten Diode (D3) angeschlossen ist und der erste Anschluß der zweiten Diode (D3) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist.

4. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß des sechsten Widerstands (R13) an den zweiten Anschluß einer zweiten Diode (D3) angeschlossen ist, der er­ ste Anschluß der zweiten Diode (D3) an den zweiten Anschluß einer dritten Diode (D4) angeschlossen ist und der erste An­ schluß der dritten Diode (D4) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist.

5. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß des sechsten Widerstands (R13) an den zweiten Anschluß einer Serienschaltung von mindestens drei Dioden angeschlossen ist und der erste Anschluß der Serienschaltung an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist.

6. Oszillator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Basisanschluß des ersten Transistors (T5) an den ersten Anschluß eines neunten Widerstands (R5) und an den ersten Anschluß eines zehnten Widerstands (R6) ange­ schlossen ist, der zweite Anschluß des zehnten Widerstands (R6) an den ersten Anschluß einer vierten Diode (D1) ange­ schlossen ist, der Basisanschluß des dritten Transistors (T7) an den ersten Anschluß eines elften Widerstands (R11) und an den ersten Anschluß eines zwölften Widerstands (R10) ange­ schlossen ist, der zweite Anschluß des zwölften Widerstands (R10) an den zweiten Anschluß einer fünften Diode (D2) ange­ schlossen ist, der Basisanschluß des vierten Transistors (T10) an den ersten Anschluß eines dreizehnten Widerstands (R16) und an den ersten Anschluß eines vierzehnten Wider­ stands (R17) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des vier­ zehnten Widerstands (R17) an den ersten Anschluß einer sech­ sten Diode (D6) angeschlossen ist, der zweite Anschluß des neunten Widerstands (R5) an eine Spannung oder an das Bezugs­ potential angeschlossen ist, der zweite Anschluß der vierten Diode (D1) an eine Spannung oder an das Bezugspotential ange­ schlossen ist, der zweite Anschluß des elften Widerstands (R11) an eine Spannung oder an das Bezugspotential ange­ schlossen ist, der erste Anschluß der fünften Diode (D2) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist, der zweite Anschluß des dreizehnten Widerstands (R16) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist und der zweite Anschluß der sechsten Diode (D6) an eine Spannung oder an das Bezugspotential angeschlossen ist.

7. Oszillator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu dem vierten Widerstand (R12) ein achter Kon­ densator (C5) parallel geschaltet ist und zu dem fünften Wi­ derstand (R18) ein neunter Kondensator (C10) parallel ge­ schaltet ist.

8. Oszillator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der fünfte Kondensator (C11) durch eine Draht­ brücke ersetzt ist.