DE2044732C2

DE2044732C2 - Amplitudengeregelter Hochfrequenzoszillator

Info

Publication number: DE2044732C2
Application number: DE2044732A
Authority: DE
Inventors: Manfred 1000 Berlin Franke
Original assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Current assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Priority date: 1970-09-10
Filing date: 1970-09-10
Publication date: 1974-04-18
Also published as: DE2044732B1

Description

Die Erfindung betrifft einen amplitudengeregelten Hochfrequenzoszillator mit einem Schwingtransistor in Emitterschaltung und einem zwischen Basia und Kollektor des Schwingtransistors angeschlossenen, einen Quarzkristall enthaltenden frequenzbestimmenden Rückkoppiungskreis und mit einem mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in der GleichstromzuleitSÜB oöi CiTnUc 13 lies S^iiwingimnsisiors liegenden Regeltransistor, dessen Bajis eine konstante, die Kollektor-Emitter-Strecke im Ruhezustand niederohmig steuernde Gleichstromvo/spannung hat und dessen Kollektor-Emitter-Strecke durch eine von der Amplitude der Schwingspannung abgeleitet (ncnlisp;inming gesteuert ist.

Manchmal ist es erforderlich, cm und d"ii>jlhen Hochfrequenzoszillator mi: \erM-hiedenen .-»chwingkristallen unterschiedlicher Sthw.iufrcquen/ /u betreiben. Diese Notwendig!· ei! kann K'tspiel.weise bei Sprechfunkgeräten vorli · .ίί< bei denen zum 7vecke des Kanalwechsels mehrere justauschbare Schwingquarze verschiedener Frequenz vorgesehen sind oder in die zum gleichen Zweck mehrere Schwingquarze verschiedener Schwingfrequenzen eingebaut sind, die mittels eines Kanalwählschalters wahlv/eise eingeschaltet werden können.

Es hat sich nun gezeigt, daß die als Schwingquarze verwendeten Quarzkristalle beträchtlich voneinander abweichende Dämpfungswerte aufweisen können. Es können von Quarz zu Quarz durchaus Dämpfungsunterschiede im Verhältnis von 1:10 vorkommen. Hochfrequenzoszillatoren, die mit verschiedenen Schwingquarzen arbeiten sollen, müssen daher so beschaffen sein, daß sie einerseits auch mit einem Quarz der größtmöglichen Dämpfung noch sicher anschwingen und andererseits bei Quarzen geringer Dämpfung nicht überlastet werden. Ein ähnliches Problem tritt übrigens auch dann auf, wenn ein einzelner Quarzkristall im Ruhezustand eine sehr hohe Dämpfung hat und erst im Betrieb höhere Gütewerte erreicht.

Es müssen also bei dem Hüchfrequenzosziliator besondere Maßnahmen vorgesehen werden, die ein -,icheres und schnelles Einschwingen des Quarzkristalls auch bei hoher Dämpfung gewährleisten und gleichzeitig verhindern, daß bei einer geringen Dämpfung des Quarzkristalls eine Überbelastung eintritt, die den Quarzkristall oder den Schwingtransistor zerstören könnte.

In der deutschen Auslegeschrift 1 2?5 382 ist eine Schaltungsanordnung zur Amplitudenregelung für Osziüatoren beschrieben, durch die Dämpfungsschwankungen des Schwingquarzes, die durch Schwankungen der Temperatur, des Luftdruckes oder der Betriebsspannung verursacht sein können, ausgeglichen werden. Außerdem soll durch diese Schaltung die Einschwingzeit des Schwingquarzes verringert werden.

Zu diesem Zweck ist bei der bekannten Schaltungsanordnung dem Emkterwiderstand des in Emitterschaltung arbeitenden Schwingtransistors die E.mitter-Kollektor-Strecke e>nes Regeltransistors über einen Kondenstor parallel geschaltet. Au der Basis dieses Regeltransistors liegt eine von der Ausgangsspannung des Oszillators abgeleitete Gleichspannung derart, daß beim Einschalten des Oszillators die Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors einen geringeren Widerstand ha!, diese Emitier-Kcnektyr-Sirecke jedoch ab einer bestimmten Oszillatorschwingamplitude mehr und mehr gesperrt wird

Die Amplitudenregelung erfolgt hier also *urch Veränderung der Muchfrcquenzgegenkopplung im Emitterkreis des Schwingtransistors. Diese Maßnahme reicht aber nicht zum Ausgleich sehr starker Dämpfungsunterschiede aus und sichert nicht das zuverlässige Anschwingen des Oszillators bei einer hohen Dämpfung des Schwingquarzes.

Bei Transistorverstärkern ist es beispielsweise aus der deutschen Ausiegescnriit 1 /ίο 34/ bekannt, in die Gleidistrom/uleitunp les Emitters des in F.milterschaltung arbeitende». Verstärket transistor:, die KoI-Iektor-F mitter-Strecke eines Regeltransistors zu legen, an üctscn Basis ein aus dem Ausgangssignal dei Verstärkers gewonnenes Gleichstromregelsignal Tept

Eine ähnliche Regelschaltung für Hochfrequeiizoszillatoren ist in der USA-Patentschrift 1 213 390 beschrieben und dargestellt. Durch die in der d' ichstromzuleitungdes Schwingtransistors liegende K >'llekior-Frniiter-Strevke des Rege'Tansisiors wird da> Anschwingen des Schwingtransistors erleichtert, weil im

_der

e kann

Ruhezustand des Schwingtrans.stors _{UIld sumil fe},

lender Regcpannung die K-Ucktor-Imitter S recL·

des Rege transistors ihren kleinstnu,gl,ch -n Wkfcr

stand annimmt. Mit zunehmender ~

steigt die Regelspannung an,

Ei.i'tter-Kollektor-Strecke des

zunehmend hochgesteuert. Auf _U1UM

die Schwingampliiude. unabhängig sd anklingen und anderen Ä

m..i.ien konstant gehalten werden

Diese bekannte Schaltung hat aber einen schwer wagenden Nachteil. Sobald der SchwingtransSor zu se; wmgen beginnt, wird nämlich die KoIIek"ο Γ Γ ie, Anc« des Regeltransistors durch die R_CÄ " nu.g bereits hochohmiger gesteuert. Bereu!°- " Einsetzen der Schwingungen und während L ;i.s:hwingzeit findet eine stetige und -rleiienae Koe lung statt, die den Widerstand der K₁ ' · ί,ί-Ε JitteJ"

iiwriA¹"¹"¹¹·* »*-·—Γ°

\ufgabe der Erfind-..,,, _is: _es nun. die zuletzt bes. ,riebene Regelschaltung so zu verbessern, daß die

...,chwmgze.t verkürzt wird. _:ndem H_ie Fmtte - as k,llekt,,r-Strecke des Regeltransistors *«, biwSn rrrcichen de, stationären Endzustandes, also der gehuschten Amplitude der Schwingspannung ihren ,.eengen Wen beibehält und dann erst 4neiuj . :rcn der gewünschten Schvvmg.mphmde entsprechen 30 |l:-n hoherohmigen Zustand übergeht. Außerdem sollen durch Jie Erfindung die Einflüsse vo Schwankungen auf den Regeltransistor d. Regel verhalten vermindert werden

Diese \rfgabe löst die Erfindung dadurch, da« der Regeltrans.stor mit einem Steuertransistor nach Art eines Differenzverstärker zusammengeschaltet ist indem du Fritter von Regeltransistor und Sleuerransistor miteinander galvanisch verbunden sind und Regeltransistor und Steuertransislor ein men Em.ttcrwiderstand haben, und daß _U1C Amplitude der S.hw.ngspanniing abgeleitete, ζ Β zu dieser Amplitude proportionale Gleichspannung der y.isis des Steuertransistors zugeführt ist stand «!<»· Sieuertransistors tritt ein, sobald die Spannung an der Eusis des Steuertransistors größer wird als der Spannungsabfall am gerneinsamen Emitterwiderstand. Die Spannung an dem gemeinsamen Emilterwiderstand ist daher gleich der Regelschwellspannung. Da der gemeinsame Emitterwiderstand die Regelschwellspannung bestimmt, ist er auch maßgebend für die Amplitude der Schwingspannung, so daß man den gemeinsamen Emitterwiderstand entsprechend der gewünschten, konstant zu haltenden Schwingamplitude auswählen kann.

Der Erfindungsvorschlag hat unter anderem den Vorteil, daß die die konstant zu haltende Amplitude der Schwingspannung bestimmende Regelschwelldem 15 spannung auf einfachste und eindeutige Weise am ge-"⁷^" meinsamen Emitterwiderstand von Rege.'transistor und Steuertransistor erzeugt wird. Durch die Ausbildung von Regeltransistor und Steuertransistor nach Art eines Differenzverstärkers hat die erfindungsgemäße Schaltung weiterhin den Vorzug, daß temperaturbedingte Änderungen des Regelzustandes weitgehend unterdrückt werden.

Weitere Einzelheiten sou ie die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Hochfreqi..r .:oszillators gehen aus dem nachstehend erläuterten und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel hervor. Die in der Zeichnung angegebenen Größen der Sauelemente wurden bei einer bestimmten Ausführung benutzt und körnen nur als Anhaltspunkte für die Dimensionieder Bauelemente gewertet werden, da sie je nach verwendeten Transistoren, der Betriebsspannung . von Fall zu Fall verschieden sein werden. in Schwingtransistor V₁ arbeitet in Emitterschal- ». Zwischen seiner Basis und seinem Kollektor liegt als frequenzbestimmender Rückkopplungskreis ein π-Glied, in dessen Längszvveig sich eine Selbstinduktion /.,. eint· Kapazität C, und ein Schwingquarz Q einem Parallelwiderstand R_x befinden. Die Quer- ^:~~ des .T-G!ie«ies bestehen aus je einer Kapazität C₁, Dzvv. C₃. Dieses rr-Glied sorgt für die nötige Phasendrehung um 180 .

In der Gieichstrorr.zuleitung des Emitters des Schwingtransistors T₁ liegt die Koilektor-F.mitter-Strecke eines Regeltransistors T.,. Der Emitter des

r» 1. · —

_o Hj₁. strecke eines Kegeltransislors T-,. Der Emitter des

Um eine eindeutige Regelkennlinie zu erhalten, ist es 45 Regel transistors T₃ ist über einen verhältnismäßig zweckmäßig daß die Kollektor-Emitter-Sirecke des niederohmigen Widerstand /?₅ mit einem festen Be-Regeltransistors und der gemeinsame Emitterwider- ziigspoieniiai (Masse) verbunden,
stand hochfrequenzmäßig kurzgeschlossen sind. Mittels eines parallel zu der Betriebsgleichspannung Da die Basis des Regel transis or. gegenüber dem liegenden, aus Widerständen A₁, R_z und R₃ bestehen-Emitter so vorgespannt ist. daß seine Kollektor-Emit- 50 den Spannungsteilers erhalten die Transistoren T₁ und ter-Strecke im Ruhezustand einen sehr kleinen Wider- T₂ je eine feste Basisvorspannung. Dabei ist die Basisstand darstellt und somit die Gleichstromgegenkopp- vorspannung des Regeltransistors T₂ so gewählt, daß lung des Schwingtür,-istors vernachlässigbar klein im Ruhezustand, als.i im stromlosen Zustand, die Baist, kam der Oszillator auch bei einer sehr hohen sis gegenüber dem Emitter positiv ist und die Kollek-Dämpfujii* des Quarzkristalls sicher und schnell an- 55 *ur-Emitter-Strecke ?inen sehr niedrigen Widerstand schwingen. Der kleine Widerstand der Kollektor- hat. Die Kollcktor-Emitter-Strecke des Regeltransi-Ernilter-Strecke des Regeltransistois bleibt erhalten, ''-- ^r ~^J '- "'
bis d'e Amplitude Jef Siiiwmgspannung ο gröl.? geworden ist. d;if der vorher grsperric Stci'ertransistor
öffnet un-i über den gemeinsamen finiitcrwidcrstand 60
Strom fheut. In diesem Augenblick vwrd infolge des erhöhten Spannungsabfall» um gemeinsamen f m-'r/r-

derstand der WnJersiand der Kollektor( ιη·ι ι: Jf. Regeltiuiisistors erhöh! und ilrmrrii .|>i che::d <lcr Siroip <i.irch den Rcgelti.ni--isi..[ und J.im .?· i( h Jen Schvingtransisti-r redu/i.-; i I %-,lelll · cm Kcfrelpleicligi- icht her

Der C Ih rg.ing »um gesperrten /uni gcuflliefen /1 stors T₁ und der hmitterwi.-iprstgnH P₁ sini durch einen Kondensator C_x überbrückt, der /ür die Hochfrequenz einen Kurzschluß darstellt.

Der E-mit^r des Regeltransistors T₂ ist mit dem Emitier eines Steuertransistors T₁ unmittelbar verbunden. Der Kollektor dieses Steuertransistors /, lu-gt über eiiien Widerstand R_n auf einem festen jmiitiven Potential. Der Basis des .Strriertransistois I₁ wird eine Gleichspannung zugeführt, die vnn der Amplitude der Scl.wingspaniHing abgeleitet ist und d·. cn (irolte v«>r/ujrsweiic der Amplitude der Schwing-^.mnung proportional ist.

Zu diesem Zweck ist mit der Basis des Schwingtransistors T₁ die Basis eines Verslärkungstransistors T₄ verbunden. Somit wird in dem Verstärkertransistor T_t die an der Basis des Schwingtransistors T₁ entstehende Teilspannung der Schwingschaltung verstärkt. An dem Kollektor des Verstärkertransistors T, ist sowohl der Ausgang des Oszillators als auch eine Gleichrichterschaltung angeschlossen, die aus zwei Halbleiterdioden G₁ und G_t und Kondensatoren C, und C₇ besteht. Die von dieser Gleichrichterschaltung aus der verstärkten Schwingspannung abgeleitete Gleichspannung liegt an der Basis des Steuertransistors T₃. Oa die Basis von T₃ durch einen Widerstand R_t mit Masse verbunden ist, haben somit Basis und Emitter des Transistors T₃ im Ruhezustand, also solange der Oszillator nicht schwingt, gleiches Potential.

Diese Schaltung arbeitet in der folgenden Weise: Beim Einschalten des Oszillators durch Anlegen der Betriebsspannung fließt durch den Schwingtransistor T₁ zunächst der von dem Regeltransistor T₁ bestimmte, eingeprägte maximale Kollektorstrom, da die Basis des Regeltransistors T_t positiv gegenüber seinem Emitter ist und somit die Kollektor-Emitter-Strecke einen kleinen Widerstandswert hat. Durch den durch T₁ und T₁ fließenden Strom entsteht an dem den Transistoren T₂ und T₃ gemeinsamen Emitterwiderstand R_s ein Spannungsabfall, der den Emitter von T₃ positiv gegen des

sen Basis ma-ht und deshalb den Steuertransitsor T₃ sperrt.

Dieser Zustand bleibt während des Einschwingens im wesentlichen erhalten, bis die Amplitude der Schwingspannung einen Wert angenommen hat, bei dem die von der Gleichrichterschaltung G„ G_ti C_t, C₇ an die Basis des Steuertransistors T₃ gelieferte Regelgleichspannung den durch den Kollektorgleichstrom des Schwingtransistors T₁ am gemeinsamen Emitterwiderstand /?₅ erzeugten Spannungsabfall übersteigt. , Jetzt wird die Basis des Steucrtransistbrs T₃ gegenüber seinem Emitter positiv, so daß der Stcuertransistor T₃ geöffnet wird. Der durch den Steuertransistor T₃ fließende Strom erhöht den Spannungsabfall an dem gemeinsamen Emitterwiderstand A₄, wodurch der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Regeltransistors T_t erhöht und damit der Koüekiorsirom des Schwingtransistors T₁ vermindert wird. Auf diese Weise stellt sich jetzt ein Regelgleichgewicht her.

Die Amplitude der Schwingspannung, bei der der Steuertransistor T₃ geöffnet wird, hängt von dem Spannungsabfall an dem gemeinsamen Emitterwiderstand R₆ und damit von dem Ohmwert dieses Widerstände« ab. Durch entsprechende Wahl des Wider-

«5 Standes R₃ kann daher die Rsgelschwcllspannung und damit die geregelte Amplitude der Schwingspannung am Ausgang des Oszillators bestimmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Amplitudengeregelter Hochfrequenzoszillator mit einem Schwingtransistor in EmiUerschaltang und einem zwischen Basis und Kollektor des Scbwingtransistors angeschlossenen, einen Quarzkristall enthaltenden frequenzbestimmenden Rückkoppiungskreis und mit einem mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in der Gleichstromzuleitung des Emitters des Schwingtransistors liegenden Regeltransistor, dessen Basis eine konstante, die Kollektor-Emitter-Strecke im Ruhezustand niederohmig steuernde Gleichstromvorspannung hat and dessen Kollektor-Emitter-Strecke durch eine von der Amplitude der Schwingspannung abgeleitete Gleichspannung gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransistor (T₂) mit einem Steuertransistor (T₃) nach Art eines Differenzverstärkers zusammengeschaltet ist, indein dk Emitter von Regeliransistör (T_%) und Steuertransistor (T₃) miteinander galvanisch verbunden sind u«-i Regel transistor (T₂) und SteuertransLtor (7₃) einen gemeinsamen Emitterwiderstand (Ä_ä) haben, und daß die von der Amplitude der Schwingspannung abgeleitete, z. B. zu dieser Amplitude proportionale Gleichspannung der Basis des Steuertransistors (T₃) zageführt ist.

2. Hochfrequenzos^illator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Basis des Schwingtransistors (T₁) die Basis eines Verstärkertransistors (T₁) verbunden ist, an dessen Kollektor außer dem Au-gang des Oszillators eine die Gleichspannung für die 3asis des Steuertransistors (7*₃) liefernde Gleichnchtersch^Itung 'G₁. G₂. C₆, C₇) angeschlossen ist.

3. Hochfrequenzoszillator nacn Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Regehransistors (T₂) und der gemeinsame Emitterwiderstand hochfrequenzmäßig kurzgeschlossen sind (durch C₄).

4 Hochfrequenzoszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Emkterwiders'and (R₅) entsprechend der gewünschten Schwingamplitude gewählt ist.