DE19807255B4 - Steuerbarer LC-Oszillator - Google Patents

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Abstract

Steuerbarer LC-Oszillator, umfassend:
– eine Induktivität, die durch mindestens zwei gekoppelte Spulen (L2, L4; L1, L3) gebildet wird;
– eine Kapazität (C1, C2, C3, C4), die parallel zur Induktivität geschaltet ist;
– einen steuerbaren Verstärker mit zwei Transistoren (T4, T3), deren Kollektoranschlüsse mit einer Mittelanzapfung einer der Spulen (L2, L4) gekoppelt sind, deren Basisanschlüsse jeweils mit je einem Anschluss der einen der Spulen (L2, L4) gekoppelt sind, deren Emitteranschlüsse jeweils mit je einem Anschluss einer anderen der Spulen (L1, L3) gekoppelt sind und deren Emitteranschlüsse über je eine Stromquelle (I2, I3) mit einem Anschluss für ein Bezugspotential verbunden sind;
– einen Entdämpfungsverstärker (T1, T2, I1) mit zwei Zweigen, die jeweils mit dem Basisanschluss je eines der zwei Transistoren (T3, T4) gekoppelt sind;
– wobei der LC-Oszillator symmetrisch ausgebildet ist, und
– wobei der LC-Oszillator von dem Verstärker angesteuert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen steuerbaren LC-Oszillator, der zum Beispiel zur Sendereinstellung oder zum Ausgleich von Toleranzen über einen vorgegebenen Frequenzbereich abstimmbar ist.
  • Ein derartiger spannungsgesteuerter Oszillator ist beispielsweise aus der Entgegenhaltung US 4,492,934 bekannt. Diese zeigt einen spannungsgesteuerten Oszillator mit einem Resonanzkreis aus einer Spule und einem parallel geschalteten Kondensator. Der Resonanzkreis ist an Kollektoranschlüsse eines Differenzverstärkertransistorpaares angeschlossen. Zwischen einem Kollektor eines der Transistoren und der Basis eines anderen der beiden Transistoren sind ein Verstärker und eine Kapazität geschaltet. Die Basen der beiden Differenzverstärkertransistoren sind gleichmäßig mit einer BIAS-Spannung beaufschlagt. Schließlich sind die Emitter der Transistoren an eine variable Stromquelle angeschlossen.
  • Aus dem Stand der Technik Hawker, Pat: Amateur Radio Techniques, 1974, Seiten 138 und 139, ist ein spannungsgesteuerter Oszillator bekannt. Dieser wird durch zwei gekoppelte Spulen, eine Kapazität, welche mit einer der beiden Spulen als Serienschwingkreis dient und einen Differenzverstärker, welcher mit der anderen Spule elektrisch verbunden ist, realisiert. Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, dass sie nicht als integrierter Schaltkreis realisierbar ist, sondern vielmehr nur mit diskreten Bauelementen aufbaubar ist.
  • Aus dem Stand der Technik Bredshaw, A. B., LC Oszillator mit Stromgegenkopplung, Elektor, Juli/August 1983, Seite 7–94 ist ein LC-Oszillator mit Stromgegenkopplung bekannt. Auch dieser LC-Oszillator weist einen LC-Serienschwingkreis auf. Die angegebene Schaltung hat gleichfalls den Nachteil, dass sie nicht in Form eines integrierten Schaltkreises realisierbar ist.
  • Ein bekannter LC-Oszillator, wie er beispielhaft in der 3 dargestellt ist, umfasst einen Schwingkreis bestehend aus einer Induktivität Lp mit einer parallel dazu angeordneten Kapazität Cp sowie einem Widerstand Rp und einem negativen Widerstand –R zur Entdämpfung, wobei der negative Widerstand –R in der Praxis meist durch einen mitgekoppelten Verstärker realisiert ist.
  • Zur Abstimmung eines derartigen LC-Oszillators wird meist eine Kapazitätsdiode verwendet, die anstelle der Kapazität Cp angeordnet wird. Nachteilig bei der Verwendung einer Kapazitätsdiode ist einerseits deren schlechte Integrierbarkeit in einen integrierten Schaltkreis sowie andererseits der erzielte begrenzte Frequenzbereich, der üblicherweise 10 bis 25% der Resonanzfrequenz beträgt. Ferner haben normale PN-Übergänge in integrierten Schaltkreisen normalerweise schlechte Eigenschaften bezüglich der maximalen Abstimmspannung, des Serienwiderstandes, des Kennlinienverlaufs und des Kapazitätshubes.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren LC-Oszillator mit einem möglichst großen Abstimmbereich bei geringem Rauschen zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird mit einem LC-Oszillator mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein steuerbarer LC-Oszillator gemäß der Erfindung weist einen Schwingkreis bestehend aus einer Induktivität, die durch mindestens zwei gekoppelte Spulen gebildet ist, und einer dazu parallel angeordneten Kapazität, einen steuerbaren Verstärker mit zwei Transistoren, deren Kollektoranschlüsse mit einer Mittelanzapfung einer der Spulen gekoppelt sind, deren Basisanschlüsse jeweils mit je einem Anschluss der einen der Spulen gekoppelt sind, deren Emitteranschlüsse jeweils mit je einem Anschluss einer anderen der Spulen gekoppelt sind und deren Emitteranschlüsse über je eine Stromquelle mit einem Anschluss für ein Bezugspotential verbunden sind, einen Entdämpfungsverstärker mit zwei Zweigen, die jeweils mit dem Basisanschluss je eines der zwei Transistoren gekoppelt sind, auf, wobei der LC-Oszillator symmetrisch ausbildet ist und wobei der LC-Oszillator von dem Verstärker angesteuert wird.
  • Die effektive Induktivität der gekoppelten Spulen kann durch die Änderung des Verstärkungsfaktors des steuerbaren Verstärkers eingestellt werden. Zur Erzielung guter Oszillatoreigenschaften erfolgt die Ansteuerung durch den steuerbaren Verstärker niederohmig, wobei vorzugsweise ein rauscharmer Verstärker verwendet wird.
  • Die Größe des Koppelfaktors der gekoppelten Spulen gibt die Größe des verstellbaren Frequenzbereichs vor.
  • Der LC-Oszillator mit gekoppelten Spulen ist symmetrisch aufgebaut, so dass der ansteuernde Verstärker als Differenzverstärker aufgebaut ist und arbeitet.
  • Als steuerbarer Verstärker kann ein Emitterfolger verwendet werden.
  • Vorzugsweise weist die Kapazität des steuerbaren LC-Oszillators mindestens vier Teilkapazitäten auf, von denen ein mittlerer Abgriff mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden ist, wobei weitere Kopplungsknoten zwischen den Teilkapazitäten mit Basisanschlüssen von Transistoren der Zweige des Entdämpfungsverstärkers gekoppelt sind.
  • Vorzugsweise sind die Basisanschlüsse der Transistoren der Zweige des Entdämpfungsverstärkers des steuerbaren LC-Oszillators mit einem Anschluss für ein Versorgungspotential gekoppelt und die Mittelanzapfung der einen der Spulen ist mit einem Anschluss für ein weiteres Versorgungspotential verbunden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
  • 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines steuerbaren LC-Ozillators,
  • 2 zeigt eine mögliche Realisierung eines steuerbaren LC-Oszillators gemäß der Erfindung, und
  • 3 zeigt ein Prinzipschaltbild eines bekannten LC-Oszillators.
  • 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines LC-Oszillators. Ein LC-Schwingkreis wird durch eine Kapazität Cp1 und zwei gekoppelte Spulen L1 und L2 gebildet. Ein Verstärker E steuert über die Widerstände Rs1 und Rs2 den LC-Oszillator an, wobei die Widerstande Rs1 und Rs2 Darstellungen der Verlustwiderstände der Spulen L1 und L2 sein können. Durch Veränderung des Verstärkungsfaktors E1 des Verstärkers E kann die effektive Induktivität der gekoppelten Spulen L1, L2 variabel gestaltet werden. Mit anderen Worten, durch eine Änderung des Verstärkungsfaktors E1 kann die effektive Induktivität eingestellt werden. Dabei ist die Änderung der Schwingfrequenz des steuerbaren LC-Oszillators umso größer, je größer der Koppelfaktor der Spulen ist. Da keine Kapazitätsdioden zur Verstellung der Frequenz verwendet werden, können verlustärmere Festkondensatoren eingesetzt werden, die in integrierten Schaltungen einfacher herzustellen sind. Ferner sollte die Ansteuerung aus dem Verstärker E möglichst rauscharm und niederohmig erfolgen, um die Eigenschaften des Oszillators nicht zu verschlechtern. Die Kapazität Cp2 dient zur Darstellung einer nicht vermeidbaren parasitären Kapazität zwischen den Spulen L1 und L2. Im idealen Fall ist die Kapazität Cp2 nicht vorhanden. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt beispielsweise die Induktivität jeder Spule L1, L2 10 nH bei einem Koppelfaktor von 0,9.
  • 2 zeigt einen steuerbaren LC-Oszillator gemäß der Erfindung, der aus den Spulen L1, L2, L3 und L4 sowie den Kapazitäten C1, C2, C3 und C4 besteht, symmetrisch betrieben wird, und die gekoppelten Spulen L1 und L2 bzw. L3 und L4 symmetrisch von Emitterfolgern T3 und T4 angesteuert werden. Der Koppelfaktor der Spulen beträgt 0,95, wobei in diesem Ausführungsbeispiel jede Spule L1, L2, L3 und L4 eine Induktivität von 10 nH aufweist. Der Abgriff der Oszillation erfolgt an den Punkten A und B. Bei der Verwendung der Emitterfolger T3 und T4 hängt deren Spannungsverstärkung von dem entsprechenden Emitterstrom IE ab, sodass sich ein stromgesteuerter Oszillator ergibt. Jeder der Transistoren T3 und T4 weist im Emitterkreis jeweils eine Stromquelle I2 bzw. I3 auf. Es ist auch möglich, mehrere Verstärker bzw. Emitterfolger, beispielsweise N, vorzusehen, die auch an Anzapfungen der Spulen angeschlossen werden können, sodass ein digital umschaltbarer LC-Oszillator entsteht, wenn man die entsprechenden Stromquellen IE1 ... IEN schaltbar macht. Natürlich sind auch Kombinationen mit kontinuierlichen Stromquellen oder mit zusätzlichen Kapazitätsdioden realisierbar. Ferner können als aktive Elemente oder Schalter auch pnp-Transistoren oder FETs zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung der notwendigen Versorgungsspannungen ist ferner ein Netzwerk bestehend aus den Transistoren T1 und T2, einer Stromquelle I1, den Widerstanden R1 und R2, sowie einer Spannungsquelle V2 vorgesehen. In der Ausführungsform liefert die Spannungsquelle V2 +1,2 V. Die Mittelanzapfung der gekoppelten Spulen L1, L2, L3 und L4 ist über eine weitere Spannungsquelle V1 mit +3 V verbunden, während der Mittelabgriff der Kapazitätskette C1, C4, C3 und C2 mit Erde verbunden ist. Der steuerbare LC-Oszillator gemäß dieser Ausführungsform ist bei der Verwendung von Spulen mit 10 nH sowie der in 3 angegebenen Bauelementgrößen in einem Bereich von 1 bis 2 GHz abstimmbar.
  • Der bekannte LC-Oszillator gemäß 3 wurde bereits in der Einleitung beschrieben.
    • Lp
    Induktivität
    Cp
    Kapazität
    Rp
    Widerstand
    –R
    negativer Widerstand
    L1–L4
    gekoppelte Spulen
    Rs1–Rs2
    Widerstände
    E
    Verstärker
    E1
    Verstärkungsfaktor
    Cp1
    Kapazität
    Rx
    Widerstand
    V1–V2
    Spannungsquelle
    R1–R8
    Widerstande
    C1–C4
    Kapazitäten
    A, B
    Abgriffe
    T1–T4
    Transistoren
    I1–I3
    Stromquellen

Claims (8)

  1. Steuerbarer LC-Oszillator, umfassend: – eine Induktivität, die durch mindestens zwei gekoppelte Spulen (L2, L4; L1, L3) gebildet wird; – eine Kapazität (C1, C2, C3, C4), die parallel zur Induktivität geschaltet ist; – einen steuerbaren Verstärker mit zwei Transistoren (T4, T3), deren Kollektoranschlüsse mit einer Mittelanzapfung einer der Spulen (L2, L4) gekoppelt sind, deren Basisanschlüsse jeweils mit je einem Anschluss der einen der Spulen (L2, L4) gekoppelt sind, deren Emitteranschlüsse jeweils mit je einem Anschluss einer anderen der Spulen (L1, L3) gekoppelt sind und deren Emitteranschlüsse über je eine Stromquelle (I2, I3) mit einem Anschluss für ein Bezugspotential verbunden sind; – einen Entdämpfungsverstärker (T1, T2, I1) mit zwei Zweigen, die jeweils mit dem Basisanschluss je eines der zwei Transistoren (T3, T4) gekoppelt sind; – wobei der LC-Oszillator symmetrisch ausgebildet ist, und – wobei der LC-Oszillator von dem Verstärker angesteuert wird.
  2. Steuerbarer LC-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Induktivität der gekoppelten Spulen (L2, L4; L1, L3) durch Änderung eines Verstärkungsfaktors des steuerbaren Verstärkers eingestellt wird.
  3. Steuerbarer LC-Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung aus dem steuerbaren Verstärker niederohmig erfolgt.
  4. Steuerbarer LC-Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Verstärker rauscharm ist.
  5. Steuerbarer LC-Oszillator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Koppelfaktors der gekoppelten Spulen (L2, L4; L1, L3) die Größe des verstellbaren Frequenzbereichs vorgibt.
  6. Steuerbarer LC-Oszillator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als steuerbarer Verstärker ein Emitterfolger (T3, T4) verwendet wird.
  7. Steuerbarer LC-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (C1, C2, C3, C4) mindestens vier Teilkapazitäten (C1, C2, C3, C4) aufweist, von denen ein mittlerer Abgriff mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden ist, und dass weitere Kopplungsknoten zwischen den Teilkapazitäten (C1, C2, C3, C4) mit Basisanschlüssen von Transistoren (T1, T2) der Zweige des Entdämpfungsverstärkers (T1, T2, I1) gekoppelt sind.
  8. Steuerbarer LC-Oszillator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisanschlüsse der Transistoren (T1, T2) der Zweige des Entdämpfungsverstärkers (T1, T2, I1) mit einem Anschluss für ein Versorgungspotential (V2) gekoppelt und dass die Mittelanzapfung der einen der Spulen (L2, L4) mit einem Anschluss für ein weiteres Versorgungspotential (V1) verbunden ist.
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