DE2034714A1

DE2034714A1 - Oszillatorschaltung zur Erzeugung einer von einer angelegten Spannung ab hangigen Oszillationsfrequenz

Info

Publication number: DE2034714A1
Application number: DE19702034714
Authority: DE
Inventors: Noriaki Tokio P Fujimura
Original assignee: Fujitsu Ltd , Kawasaki, Kanagawa (Japan)
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1970-07-13
Publication date: 1971-02-04
Also published as: DE2034714B2; GB1320403A; NL7010281A; US3641462A; NL155140B; SE359417B

Description

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Oszillatorschaltung zur Erzeugung einer von einer angelegten Spannung abhängigen Oszillationsfrequenz

(Beanspruchte Priorität:

11. Juli 1969 Japan 55304/69)

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung zur Erzeugung einer von einer angelegten Spannung abhängigen Oszillationsfrequenz.

Es sind bisher viele Oszillatorschaltungen bekannt geworden, bei denen die Oszillationsfrequenz durch eine angelegte Steuerspannung steuerbar ist. Die für einen derartigen durch eine angelegte Spannung gesteuerten Oezillatorkreis erforderlichen charakteristischen Merkmale sind im wesentlichen die folgenden!

1. Die Oedllationefrequenz soll bei Teapexaturänderungen stabil bleiben,

2. Die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der

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Oszillationsfrequenz soll linear sein. 3. Die Bandbreite der Oszillationsfrequenz soll sehr groß sein.

Bei einer der bekannten von der angelegten Spannung gesteuerten Oszillatorschaltungen wird eine Diode mit veränderbarer Kapazität (vari-cap diode) verwendet. Dieser Diodentyp hat jedoch Mangel wie eine relativ schmale Bandbreite der Frequenz in einem fe niedrigen Frequenzbereich, innerhalb der die Oszillation erfolgen kann. Außerdem ist die Beziehung zwischen der Frequenzänderung und der angelegten Spannung nicht-linear. Bei einer anderen der bekannten von der angelegten Spannung gesteuerten Oszillatorschaltungen wird die Änderung im Arbeitspunkt eines Transistors ausgenutzt, wodurch die Parameter des !Transistors verändert werden. Die Mängel dieses Verfahrens liegen in einer geringen Stabilität und in einer nicht proportionalen Abhängigkeit der Oszillationsfrequenzänderung von der angelegten Spannung. Bei einem weiteren Verfahren wurde die Aufladung und Endladung eines Kondensators ausgenutzt. Der Machteil dieses Verfahrens liegt in der schlechten Stabilität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung einer von einer angelegten Spannung abhängigen Osxillationsfrequen» die erwähnten lachteile der bekannten Schaltungen su eliminieren. Außerdem «oll eine Ossillatorechaltung geschaffen werden, die ein Signal, dessen Phasenwinkel um 90° gegenüber der Oasillationsspasnnung in der Oszillatorschaltung verschieden ist, in ein© Bechteekvelle

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umwandelt, bei der die Amplitude der Rechteckwelle durch die angelegte Steuerspannung gesteuert und ein zur gesteuerten Rechteckwelle proportionaler Strom in den Resonanzkreis der Oszillatorschaltung geleitet und dadurch die Oszillationsfrequenz gesteuert wird. Ferner soll eine Oszillatorschaltung geschaffen werden, die ein Signal, dessen Phasenwinkel von der Oszillationsspannung der Oszillatorschaltung um 90° verschieden ist, durch die angelegte Steuerspannung steuert und dem Resonanzkreis der Oszillatorschaltung einen zu dem gesteuerten Signal proportionalen Strom zuführt, wodurch die Oszillationsfrequenz gesteuert wird.

Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Oszillationssignal des Oszillators um 90° zeitverschoben ist, daß die Amplitude des verschobenen Signals durch die angelegte Spannung begrenzt wird und ein zur begrenzten Spannung des verschobenen Signale proportionaler Strom dem Resonanzkreis des Oszillators zugeführt wird, wodurch die Frequenz der Oszillatorschaltung gesteuert wird.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausffihrungsform gemäß dieser Erfindung, . .

Fig. 2A und 2B Diagramme, die Vellenfonnen der erfindungsgemäßen Schaltung darstellen,

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Fig· 3 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform dieser Erfindung und

flg. 4 ein Schaltungediagrana einer weiteren Aueführungsform dieser Erfindung·

In Hg. 1 ist der mit gestrichelten Linien umgebene Kreis 1 ein üblicher Oszillatorkreis. Eine Induktivität L und eine Kapazitat C bilden einen parallelen Resonanzkreis und bestimmen die Oszillationsfrequenz· Ein negativer Widerstand -R stellt einen äquivalenten Lastwiderstand dar und führt die Oszillationsenergie zu. Der Ausgang des Oszillatorkreises 1 ist an einen 90°-Phaeenschieber 2 angeschlossen, durch den das Ausgangssignal des Oszillatorkreises 1 um 90° phasenverschoben wird· Der Ausgang des 90 -Phasenschiebers 2 liegt an einem Begrenzer 3, der die Sinuswelle in eine Rechteckwelle umwandelt. Die Rechteckwelle wird über einen Widerstand R^ durch eine Diode 4 auf den in Fig. 2A dargestellten Spannungspegel V_±n begrenzt· Die begrenzte Rechteckwelle steuert über einen Widerstand R« eine parallel zum Resonanzkreis 1 der Oszillatorschaltung liegende Stromquelle 5· Der durch die Stromquelle 5 fließende Strom ist proportional zur Amplitude der begrenzten Rechteckspannung. Die Frequenzkomponente der Rechteckwelle enthalt eine Grundwelle und viele höhere harmonische· Die Phase der Grundwelle ist gegenüber der Oszillationsspannung des Resonanzkreises zeitlich um 90° verschieden. Deshalb fließt parallel sum Ossillatorkreis ein Strom, dessen Phase von der Oszillationsspamrang um 90° abweicht. Dies ist gleichbedeutend als

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wenn mit dem Oszillatorkreis eine Resonanz verbunden wäre. Demgemäß ist es möglich, die Oszillationsfrequenz durch Indern der Reaktanz zu verändern· Es sei angenommen, daß Vq und Iq die Spannungsamplitude de*s Resonanzkreises und die Amplitude der Grundwelle des Stroms durch die Stromquelle 5 bedeuten. Sann •läßt sich die entsprechende Komponente der Reaktanz Zq ausdrücken durch

Wenn diese Reaktanz kapazitiv ist, ist dies äquivalent zum Anschluß eines Kondensators. Unter der Annahme, daß Cq der Wert des äquivalenten Kondensators ist, gilt

C₀ -lQ/2fTf₀V₀ (2)

wobei £q die Oszillationsfrequenz bedeutet.

Vie erwähnt, soll der Strom Iq proportional zur begrenzten Rechteckwelle sein. Setzt man K als Proportionalkonstante ein, dann folgt aus Pig. 2A die folgende Beziehung ι

¹O --¹C⁷In-V. ⁽⁵⁾

wobei V^_n die angelegte Steuerspannung und V^ den minimalen Wert der Rechteckspannung bedeuten· Damit kann. Gleichung (2) wie folgt umgewandelt werden?

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⁰O -

Wie aus Gleichung (4) folgt, besteht zwischen dem Wert des . äquivalent mit dem Resonanzkreis 1 parallel verbundenen Konden- ■ satoxBund der angelegten Steuerspannung Y^_n eine lineare Beziehung. Diese Tatsache zeigt, daß innerhalb des kleinen Bereichs, in dem üblicherweise gearbeitet wird, die Beziehung zwischen der Oszillationsfrequenz f_Q und der angelegten Spannung V_in linear ist und daß die Steuercharakteristik gut ist. Bei dem erwähnten Kreis bestehen verhältnismäßig wenig Auswirkungen auf die Variation der Eigenschaften infolge der Temperatur eines Halbleiters, so daß der Betrieb als stabil bezeichnet werden kann.

Die oben gegebene Erläuterung gilt auch hinsichtlich des Effekts, wenn keine Ap^litudenbegrenzungsschaltung 3 verwendet wird. In diesem Pail wird ein sinusförmiges Signal, dessen Phasenwinkel um 90° von der Oszillationsspannung verschieden ist, wie in Pig· 2B dargestellt, durch den angelegten Steuerspannungspegel V^_n begrenzt. Die weitere Arbeitsweise der Oszillatorschaltung ist die gleiche wie die oben erläuterte·

In Pig. 3 ist eine erfindungsgemäße Ausfuhrungsform dargestellt. Eine Klemm· des Parallelresonanzkreises 1, der aus einer. Induktivität L und einer Kapazität C besteht, ist mit dent Iw Kollektor eines Transistors 6 verbunden, dessen Basis an Hasse liegt. Di· zweite Klemme des Resonanzkreises ist über einen

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Widerstand 21 an den positiven Pol +V_c einer Spannungequelle angeschlossen und außerdem durch einen Parallelkreis, der eine Zener-Diode 15 und einen Kondensator 16 enthält, mit Hasse verbunden. Der Emitter des Transistors 6 ist über einen Widerstand 17 an den negativen Pol -Y_Q der Spannungsquelle angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 6 ist über einen Kondensator 7 mit einem Ende eines Widerstands 8 verbunden, dessen anderes Ende an Nasse liegt. Die Verbindungsstelle des Widerstände 8 und des Kondensators 7 i&t mit einer ¹^ "g^ngf^l f * eines Operationsverstärkers 9 verbunden, dessen andere Έ an Hasse liegt. Zwei Zener-Dioden 10 liegen zwischen der einen Eingangsklemme und einer Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 9. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 9 iet durch einen Widerstand Bg ■*■* ^der -^ode einer Diode 4- verbunden. Außerdem ist eine Eingangsklemme 11 der angelegten Spannung durch einen Widerstand 18 mit der Basis eines Transistors 12 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand 19 am positiven Pol +V_ß der Spannungsquelle liegt. Der Emitter des Transistors 12 ist mit der Kathode der Diode 4 verbunden und liegt außerdem über einen Widerstand 20 am negativen Pol -V_a der Spannungsquelle· Die Verbindungsstelle .mischen dem Widerstand S₂ und der Anode der Diode 4 ist über einen Widerstand H^ mit der Verbindungsstelle des Emitters des Transistors 6 und des Widerstands 17 verbunden und ferner über einen Widerstand Ϊ3 und einen Kondensator 14 mit einem Hittelabgriff der Indiktivität L des Seaonanskreises 1.

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■ ■■ ; ■ ;;^: ι '■ ■:■;:· .; :v^;;^: -^A _; In Jig. 3 «teilt der Transistor 6 ein aktive* Element des , Oazillatorkrelses dar, und die Induktivität L und die Kapazität C bilden den Resonanzkreis. Der Operationeveret&rker 9 und die ■ beiden Zener-Dioden 10 bilden eine Schaltung lua Formen der Vellengestalt, d. h. sie iind die Ja^litudenbegrenzungsechaltuiig 3· Durch eine Gegenkopplungssehaltung wird die Eingangsimpedanz der Begrenzungaachaltung sehr niedrig« die Phaee dee durch den Kondeneator 7 fließenden Strome wird dann gegenüber der Oszillationaapannung de· Beeonanskreieee im' 90° verschoben. Die Steuer« spannung T^ wird, nachdem sie die Baitterfolgeetufe des Traneiatore 12 durchlaufen hat, an die Begrenzerdiode 4 angelegt· Selbstverständlich kann die Steuerspannung auch direkt an die Begrenzerdiode M- angelegt werden, ohne vorher den Transistor 12 zu paseieren·

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungeform der Erfindung. In Pig· 4 let eine Verbindungsstelle zwischen dem Hesonanzkreis 1 und dem Kollektor dee Transistors 6 durch einen 90°-Phasenschieber ' 2, der aus den Kondensatoren 22 und 24 und den Widerständen 23 und 25 besteht, mit der Basis eines Transistors 26 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand 27 an den positiven Pol +Y₀ der Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Skitter des Transistors 26 ist über einen Widerstand 28 an den negativen Pol - v*_e der Spannungequelle angeschlossen, und der Ausgang der QtLt t erfolge stuf e über einen Widerstand I₂ ^räjit ^dcr Verbindungs- ' stelle eines Widerstands B^ und der Anode der Diode 4 verbunden. Durch die in Fig. 4 dargestellte Schaltung kann der gleiche

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Effekt erzielt werden wie mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltung, ohne daß eine Begrenzungssohaltung 3 verwendet wird. Im übrigen ist die Arbeitsweise der in Fig. 4- dargestellten Oszillatorschaltung die gleiche wie bei der in !Fig. 3 dargestellten.

Wie aus der Beschreibung ersichtlich, macht es die Erfindung möglich, einen Oszillator zu erhalten, dessen Oszillationsfrequenz stabil und in der gewünschten Weise von der angelegten Spannung abhängig ist.

2 Ansprüche
4 Figuren

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Claims

203A7U 70/8727 Patentansprüche fr

1. jOszillatorschaltung zur Erzeugung einer von einer angelegten Spannung abhängigen Oszillationsfrequenz, dadurch

^ gekennzeichnet, daS das Oszillationssignal

des Oszillators um 90° zeitverschoben ist, daß die Amplitude des verschobenen Signals durch die angelegte Spannung begrenzt wird und ein zur begrenzten Spannung des verschobenen Signals proportionaler Strom dem Resonanzkreis des Oszillators zugeführt wird, wodurch die Frequenz der Oszillatorschaltung gesteuert wird·

2. Oszillatorschaltung zur Erzeugung einer von einer angelegten Spannung abhangigen Oszillationsfrequenz, dadurch

Ψ gekennzeichnet, daß das Oszillationssignal der Oazillatorschaltung um 90° zeitverschoben wird, daß die Amplitude des verschobenen Signals begrenzt und in eine Rechteckwelle umgewandelt wird, daß die Amplitude der Rechteckwelle durch die angelegte Spannung gesteuert wird, und ein Strom, dessen Amplitude proportional zu der gesteuerten Rechteckwelle ist, dem Resonanzkreis der Oszillatorschaltung zugeführt wird, wodurch die Frequenz der Oszillatorschaltung gesteuert wird.

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