DE2039695A1

DE2039695A1 - Amplitudengeregelter Oszillator

Info

Publication number: DE2039695A1
Application number: DE19702039695
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl-Ing Thanhaeuser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-08-10
Filing date: 1970-08-10
Publication date: 1972-02-17
Also published as: DE2039695B2; NL7111015A; NL160444C; DE2039695C3; DE2039724B1; FR2102161B1; CH527515A; FR2102161A1; SE368490B; NL160444B

Description

3ISMBTiS AXTISNOFS^-SLLSOPAa¹T rJünchen.?, don 10 AUG. 1970

Berlin und Kunchen tfittelfib.icherplnt^ ?

^VPA 70/6666 2039695

Amplitudengeregelter Oszillator

Die Erfindung "betrifft einen Oszillator» vorzugsweise Hochfrequenzossillator, isit einem Schwing-Transistor, dessen drei Elektroden an ein dreipoliges Rückkopplungsnetzwerk angeschlossen sind. " '

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transistoroszillator, vorzugsweise Hochfrequenaoszillator anzugeben, der sich möglichst weitgehend in integrierter Schaltungetechnik, insbesondere unter Verwendung von handelsüblichen ITniversalschaltkreisen realisieren läßt.

Ausgehend von einem Oszillator mit einem Schwingtransis tor, dessen drei Elektroden an ein dreipoliges Rückkopplungsnetzwerk angeschlossen sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Emitter des Schwingtransistors der Kollektor, eines (rleichstroat-Regeltranalstors galvanisch angeschlossen ist.

Hierdurch wird eine einfache Möglichkeit zur. klirrarmen Amplitudenregelung der Schwingstufe eröffnet, so daß eine quasilineare Betriebsweise erzielbar i9t und abgesehen von den frequenzbestirmenden Elementen sich weitere selektive Mittel zur Erzielung eines sinusförmigen Ausgangssignales erübrigen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines in Fig* 1 der Zeichnung dargestellten Auaführung3beiepiel3 sowie einer in Pig. 2 dargestellten Kodifikation desselben näher erläutert.

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Pig. 1 zeigt einen quarzgesteuerten Oszillator mit dem Sehwingtransistor 1, einem dreistufigen Trennverotärker mit den Transistoren 7, 14 und 17, sowie zwei der Regelung dienenden Transistoren 9 und 20.

Die Schwingschaltung ist eine kapazitive Dreipunktschaltung vom Colpittstyp. Sie enthält den Schwingtranaistor 1, dessen Kollektor mit dem geerdeten Pluspotential (+) der Versorgungsapannung verbunden ist und damit auf Wechselstrom-Nullpotential liegt. Das Rückkopplungsnetzwerk enthält die Serienschaltung des Schwingquarzes 2 und einer Ziehkapazität, welche als eine Parallelschaltung eines Pestkondensators 3 und eines Trimmers zusammengesetzt ist. Parallel zu dieser Serienschaltung liegt ein kapazitiver Spannungsteiler, bestehend aus den Kapazitäten 5 und 6, an dessen Abgriff der Emitter des Schwingtransistors 1 angeschlossen ist. Der eine Endanschluß (Kapazität 5) des kapazitiven Spannungsteilers ist mit dem Schwingquarz 2 sowie der Basis des Schwingtransistors 1 verbunden, der andere Endanschluß (Kapazität 6) des kapazitiven Spannungsteilers mit der Ziehkapazität und mit Erde (Wechselstrom-Nullpotential). Demgemäß ist auch der Trimmer 4 einseitig geerdet. Die Serienschaltung des Quarzes 2 und der Ziehkapazität 3, 4 wirkt hierbei als eine induktive Reaktanz, die zusammen mit den Kapazitäten 5 und 6 einen Resonanzkreis bildet.

Zur Auskopplung der Oszillatorspannung dient der Verstärkertransistor 7 in Kollektor-Basisschaltung, dessen Basis direkt mit dem Emitter des Schwingtransistors 1 verbunden ist. Dieser Emitter des Schwingtransistors 1 ist weiterhin über den ohmschen Schutzwiderstand 8 an den Kollektor des Gleichstromregeltransistors 9 angeschlossen, welcher als eine regelbare Stromquelle geschaltet ist. Da sämtliche Transistoren vom npn-Leitfähigkeitstyp sind, ist das mit Erde verbundene kollektorseitige Versorgungsspannungspotential positiv. Das den Emitter des Gleichstrom-Regeltransistors 9 speisende negative Potential ist über einen längsgeschalteten Siebwiderstand, eine querge-

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schaltete Zenerdiode und einen quergeschalteten Siebkondensator stabilisiert und gesiebt.

Das Gleichpotential der Basis des Schwingtransistors 1 ist durch Anschluß dieser Basis an den Abgriff eines ohmschen Spannungsteilers 10, 11 festgelegt. Dieser Spannungsteiler besteht aus den zwei ohmschen Widerständen. 10 und 11 und ist zwischen das stabilisierte negative Versorgungspotential und den geerdeten Pluspol eingeschaltet. Die Verstärkungsregelung des Schwingtransistors' 1 geschieht durch Veränderung des über den Gleichstromregeltransistor 9 eingeprägten Emitterstromes und damit der Steilheit des Schwingtransistors Hierbei verändert sich die Emitterspannung des Transistors 1 nur unwesentlich um einige mV, da das Basispotential durch den Spannungsteiler 10, 11 festgehalten ist. Daher bleibt im gesamten Regelbereich die Spannung zwischen dem Emitter des Transistors 1 und Erde praktisch konstant, so daß der Arbeitspunkt des galvanisch angeschlossenen Trennverstärkers., der aus den jeweils galvanisch miteinander verbundenen Transistoren 7, 14 und 17 besteht» im gesamten Regelbereich praktisch unverändert bleibt.

Der in Kollektor-Basisschaltung arbeitende erste Verstärker-Transistor 7 ist emitterseitig an die Basis des nachfolgenden Transistors 14 und über den Emitterwiderstand 13 an das stabilisierte Minuspotential angeschlossen. Der in Emitterschaltung arbeitende zweite ¥erstärker-Transistor 14 ist kollektorseitig an die Basis des Endtransistors 17 und über einen Arbeitswiderstand an das Pluspotential angeschlossen. Der Emitter des Transistors 14 ist über einen Emitterwiderstand 26 mit dem stabilisierten Minuspotential verbunden. Aus Gründen der Arbeitspunktstabilität ist die Gleichspannungsverstärkung des gesamten Trennverstärkers kleiner als 1 gewählt; die Wechrselspannungsverstärkung ist jedoch höher, da der Emitterwiderstand 26 des Transistors 14 durch ein nach JSrde geführtes RG-Serienglied 15, 16 wechselstrommäßig überbrückt ist. Der

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in Kollektor-Basisschaltung arbeitende Endtransistor 17 ist kollektorseitig geerdet und emitterseitig über einen Emitterwiderstand·an das stabilisierte Minuspotential angeschlossen. Das Ausgangssignal wird vom Emitter des Transistors 17 über einen Entkopplungswiderstand 18 und einen Trennkondensator an den Ausgang 27 abgegeben.

Zur Regelspannungserzeugung ist die Basis des gleichrichtenden Transistors 20 über den Kondensator 19 an den emitter des Endtransistors 17 angekoppelt. Eine unerwünschte Aufladung des Kondensators 19 durch den Basisrichtstrom des Transistors wird durch die Diode 21 zwischen Basis und Emitter des Tran-. sistors 20 verhindert. Hierbei liegen der Emitter des Tran-™ sistors 20 und die Diode 21 an dem stabilisierten Minuspotential der Versorgungsspannung. Die Easis des Gleichstrom-Regeltransistors 9 ist galvanisch über den Widerstand 25 an den Kollektor des gleichrichtenden Transistors 20 angeschlossen. Das Pluspotential wird dem Kollektor des gleichrichtenden Transistors 20 über den einseitig geerdeten ohmschen Widerstand 22 zugeführt. Die Kondensatoren 23 und 24, die den Kollektor des Transistors 20 und die Basis des Transistors 9 jeweils mit dem stabilisierten Minuspotential und damit mit Wechselstrom-Nullpotential verbinden, bewirken zusammen mit dem ohmachen Widerstand 25 eine Siebung der Regelspannung von Hochfrequenzresten.

Beim Anschwingen der Oszillatorstufe ist der Transistor 9 über die Widerstände 22 und 25 durchgeschaltet. Hierbei arbeitet der Schwingtransistor 1 am Punkt seiner höchsten Verstärkung mit dem maximal möglichen, durch den Begrenzungswiderstand 8 begrenzten Emitterstrom. Erreicht die Wechselspannung Samplitude am Emitter des Endtransistors 17 den Wert der Schwellenspannung der Emitter-Basisdiode des gleichrichtenden Transistors 20, so wird dieser leitend und reduziert somit den über den Widerstand 22 zu^eführten Basiastrom des Gleichstrom-Regeltransistors 9. Der Kollektorstrom des eine

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gesteuerte Gleichstromquelle darstellenden Gleichstroin-Regeltransistors 9 sinkt dabei soweit ab, bis die zum stationären.Betrieb erforderliche Verstärkung des Schwingtransistors {^erreicht ist. Die Regelverstärkung ist hierbei wegen der Verstärkung der Regelabweichung durch die Transistoren 20 und 9 vergleichsweise hoch.

Der gestrichelt umrandete Teil der Schaltungsanordnung ist für den Einbau in einen Thermostaten vorgesehen. Da sich der gleichrichtende Transistor 20 ebenfalls innerhalb des Thermostaten befindet, bleibt die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung der Emitter-Basisdiode dieses Transistors wirkungslos, so daß die Schwellenspannung des gleichrichtenden Transistors 20 eine konstante Führungsgröße für die Regelschaltung darstellt.

Fig. 2 zeigt eine modifizierte Schaltungsanordnung der Schwingstufe, die in der Anordnung nach Fig. 1 verwendet werden kann. Bei dieser Anordnung ist zwischen den Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers 4» 5 und dem Emitter des Schwingtransistors eine Hochpaß-Kapazität 12 eingeschaltet. Normalerweise werden Quarzoszillatoren vom aperiodischen Dreipunkttyp im Grundton der Dickenscherungsresonanz betrieben. Dabei ergibt sich mitunter die Gefahr der Schwingungaerregung auf der meist ■ erheblich tiefer liegenden Frequenz der Flächenscherungsresonanz des Quarzes.

An einer idealisierten Colpittsschaltung läßt sich ableiten,

ο daß die erforderliche Anschwingsteilheit mit dem Produkt ω «R

(ω = Kreisfrequenz, R_e = Serienresonanzwiderstand) anwächst. Das bedeutet, daß für Resonanzen unterhalb der gewünschten Frequenz.~der Serienresonanzwiderstand um mindestens den Faktor (^) (f_Q = Sollfrequenz, f_u = Frequenz der uner-

^ _{Q u}

wünschten^uResonanz) größer als der Serienresonanzwiderstand bei der Sollfrequenz sein muß, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

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Aua dem Aufsatz von f.L. Smith: "Precision Quartz Crystal Controlled Oszillators Using Tranaistor Circuits", Bell Laboratories Record Sept. 1964 ist es bekannt, die Selbsterregung von Frequenzen unterhalb der Sollfrequenz auszuschließen, indem zu einem der beiden Colpittskapazitäten eine Induktivität parallelgeschaltet wird, so daß die Parallelschaltung bei der gewünschten Resonanzstelle kapazitiv, bei der nächst tieferen jedoch induktiv ist. Die Anordnung nach Mg. 2 zeigt eine besonders einfache Möglichkeit, die Erregung auf die störende Flächenscherungaresonanz auszuschließen. Hierbei erfolgt die Ankopplung des Emitters des SchwingtransiBtors 1 an die kapazitive Dreipunktschaltung üDer uen Kondensator 12, der der Schaltung einen Hochpaßcharakter gibt. Zwar ist der zusätzlich entstehende Phasenwinkel arbeitspunktabhängig; jedoch läßt sich bei großem Abstand von Sollfrequenz zu Störresonanzfrequenz der Kondensator 12 so dimensionieren, daß er bei der gewünschten Frequenz nicht mehr stört.

12 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Oszillator, vorzugsweise Hochfrequenzoszillator, mit einem Schwing-Transistor, dessen drei Elektroden an ein dreipoliges Rückkopplungsnetzwerk angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Emitter des Schwingtransistors (1) der Kollektor eines Gleichstrora-Regeltransistors (9) galvanisch angeschlossen ist.
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwing-Transistor (1) kollektorseitig auf Wechselstrom-Nullpotential liegt.
3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungsnetzwerk einen Schwingquarz (2) und einen kapazitiven Spannungsteiler (5, 6) enthält, . von dem der Abgriff mit dem Emitter des Schwingtransistors (1), der eine Endanschluß mit dem Schwingquarz (2) sowie der Basis des Schwingtransistors (1) und der andere Endanschluß mit Wechseistroe-Hullpotential verbunden ist.
4. Oszillator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers (4, 5) U¹T* den Emitter des Schwingtransistors (1) eine Hochps -Kapazität (12) eingeschaltet ist (Pig. 2).
5. Oszillator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwingquarz (2) eine einstellbare Ziehke^azität (4) in Serie geschaltet ist, welche einseitig m: <* Wechselstrom-Nullpotential verbunden ist.
6. Oszillator nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis eines Yeratärker-

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Transistors (7) galvanisch aus dem Emitter des Schwingtransistors (1) gesteuert ist.
7. Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Veratärkertransistor (7) kollektorseitig geerdet und emitterseitig direkt an die Basis eines zweiten Veratärkertranaistors (H) angeschlossen ist.
8. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom-Regeltransistor (9) aus einem vom verstärkten Au3i;an?-;s8i^nal des Oszillators abgeleiteten Gleicheignal gesteuert ist.
9. Oszillator nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte Ausgangssignal durch eine Trahaistorstufe (17) in Kollektorbaeiaechaltung erzeugt ist.
10. Oszillator nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom-Regeltransistor (9) galvanisch durch einen daa verstärkte Ausgangesignal dee Oszillators gleichrichtenden Traneistor (20) gesteuert ist.
11. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einbau in einen Thermostaten.

P 12. Oszillator nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichrichtende Transistor (20) ebenfalls innerhalb des Thermostaten untergebracht ist·

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