DE2135489C3 - Funktionsgenerator und seine Anwendung zur Linearisierung der Frequenz-Steuerspannungs-Kennlinle bei einem Oszillator mit Kapazitätsvariationsdiode - Google Patents

Funktionsgenerator und seine Anwendung zur Linearisierung der Frequenz-Steuerspannungs-Kennlinle bei einem Oszillator mit Kapazitätsvariationsdiode

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Description

45
Die Lrfindung betrifft einen Funktionsgenerator zum Erzeugen einer Spannung, welche gleich der Summe mehrerer aufeinanderfolgender Potenzen einer Eingangsspannung ist, mit einem als Analog-Multiplikator ausgebildeten Quadratbildner, sowie die Anwendung eines derartigen Funktionsgenerators /ur Linearisierung der Frequenz-Steuerspannungs-Kennlinie bei einem in der Frequenz steuerbaren Oszillator mit Kapazitätsvariationsdiode!!.
Kapa/itätsvariationsdioden haben eine nichtlineare Kennlinie. Daher ist eine lineare Abhängigkeit der Frequenz eines frequenzsteuerbaren Oszillators von der Steuerspannung nur unter verhältnismäßig hohem Schaltungsaufwand zu erreichen.
Es ist bekannt, die Schwingungsfrequenz eines Oszillators in eine der Frequenz proportionalen Spannung umzuwandeln und eine Kapazitätsvariationsdiode durch den Unterschied zwischen dieser Spannung und der variablen Steuerspannung zu steuem. Dadurch wird die Schwingungsfrequenz mit einer linearen Abhängigkeit von der Steuerspannung geändert. Dieses Verfahren arbeitet jedoch nur richtig für verhältnismäßig niedrige Modulationsirequenzen. etwa unterhalb H) kH/. und zwar wegen der merklichen Zeitkonstante des Frequen/.-Spannungswand-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Funktionsgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine lineare Abhängigkeit der Frequenzänderung von der Steuerspannung aufweist und hohe Modulationsfrequenzen zuläßt.
Es ist /war bereits zur Erreichung dieses Zieles vorgeschlagen worden, einem Oszillator einen Gleichstromfunktionsgenerator zuzuordnen mit einer Anzahl in Kaskade geschalteter Dioden. Ein derartiger Funktionsgenerator ermöglicht dje Ableitung einer nichtlinearen Spannung aus einer Steuerspannung, um auf diese Weise die Nichtlinearität der Kapazitätsvariationsdiode des Oszillators auszugleichen. Eine derartige Schaltung ist jedoch komplex aufgebaut, schwei abzugleichen und muß außerdem für jede einzelne Diode getrennt justiert werden, um den gewünschten linearen MtKiuIationsfrequenzgang zu erreichen.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelost, daß bei einem Funktionsgenerator der e;ngangs genannten Art der Ausgang des Quadratbildners über einen Teiler mit seinen beiden Eingängen ruckverbunden ist.
Eine besondere Ausführungsform eines derartigen Funktionsgenerators zur Linearisierung der Frequenz-Stcuerspannungs-Kennlinie bei einem in der Frequenz steuerbaren Oszillator mit Kapazitätsvariationsdiodcn zeichnet sich aus durch eine Impedanzwandlerschaltung, an deren Eingang die Steuerspannung geleitet wird und deren Ausgang einerseits mit den beiden Eingängen des Quadratbildners und andererseits über einen einstellbaren Widerstand mit der Kapazitätsvariationsdiode verbunden ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
Fig. I ist ein Blockschaltbild eines Oszillators, der einen Funktionsgenerator nach der Erfindung enthält;
Γ i g. 2 zeigt das Gesamtschaltbild des Oszillators.
Fig. 1 zeigt einen Schwingungskreis mit einem großen Kondensator C in Reihenschaltung mit einer Kapazitätsvariationsdiode D und mit einer Selbstinduktion /..
An die Verbindungsstelle der beiden Kondensatoren ist ein hoher Widerstand R1 angeschaltet, der den Schwingungskreis nicht wesentlich dämpft. Das andere Ende der Kapazitätsvariationsdiode ist geerdet.
Die Kapazitätsvariationsdiode weist eine Kapazität K auf. welche eine stark nichtlineare Funktion der Spannung U-, ist Die Frequenz F des Schwingungskreises aus den Gliedern L, C und /> ist eine umgekehrte Funktion der Wurzel aus der wirksamen Kapazität.
Falls die Oszillationsfrequenz eine lineare Funktion einer Steuerspannung l/, sein soll, ist es erforderlich, daß die Spannung U1 eine vorbestimmte Funktion der Steuerspannung ist und also stark nichtlinear verlaufen muß.
Zu dem Zweck ist ein Analog-Multiplikator M vorgesehen mit zwei Eingängen X und Y und einem Ausgang Z, wobei die Ausgangsspannung dem Produkt aus den beiden Eingangsspannungen proportional ist.
Als Analog-Multiplikator kann z. B. ein integrierter Schaltkreis verwendet werden.
Aas weiter unten noch naher erläuterten (iriindcn ist der Analog-Muitiplikator über einen Verstärker A gespeist, der einen Impedanzwandler bildet.
Am Ausgang des Verstärkers ist also ein Spannungsanteil kU[ vorhanden, der proportional der Steuerspannung L/, ist, und dieser Spannungsanteil gelangt zuerst direkt über die hintercinandergcschalteten Widerstände R, und K, an die Kapazitätsvariationsdiode D.
Außerdem ist diese Ausgangsspannung über einen Widerstand R, an die beiden Eingänge X und V des Analog Multiplikators M gelegt, so daß am Ausgang desselben ein Spannungsanteil auftritt, der proportional L/,' ist.
Diese Ausgangsspannung wird über einen hohen Widerstand R4 über die Widerstände Rs, R, und R, zurückgeleitet, so daß ein Spannungsabfall am Widerstand R1 entsteht, der an der Stelle U1 einen proportional /),-' verlaufenden Spannungsanteil einspeist.
Offenbar muß R4 so groß sein, daß eine Stromspeisung srfolgt, wobei die Spannung l/, über den Widerstand R, mit geringerer Impedanz eingespeist werden kann. Der Spannungsabfall am Widerstand Rs führt eine Spannung an die Eingänge X und V zurück, welche proportional U1' ist, so daß auch ein entsprechend der dritten Potenz der Steuerspannung U1 verlaufender Spannungsanteil am Ausgang Z auftritt. In derselben Weise wie vorhergehend beschrieben werden durch die Ausgangsspannungsrückkopplnng Spannungsanteile erzeugt, welche der vierten, fünften usw. Potenz der Steuerspannung proportional sind, st» daß sich letztlich eine Spannung L^ = A1U, t A2L/,* + A,U,\.. ergibt. Durch Einstellen des Widerstandes R1 lassen sich die verschiedenen Koeffizienten A1, A2, k x usw. beeinflussen, so daß sich im wesentlichen lineare Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz mit der Steuerspannung U1 einstellen läßt.
Fig. 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild eines Oszillators nach der Erfindung.
Es Ist ein Impedanzwandler mit den Transistoren 1, 2 und 3 vorgesehen, welche in Emitterschaltung betrieben sind, der Emitter des Transistors 3 ist über eine Zener-Diode 4 mit dem Ausgang k, U1 des Verstärkers verbunden.
Der Analog-Muitiplikator M (Hg. 1) ist mit seinen verscniedenen Anschlüssen dargestellt, wobei die linksseitigen und rechtsseitigen Anschlüsse symmetrisch sind. Man erkennt, daß an den linken Eingang X direkt die Spannung A1I/, gelangt, während an den rechten Eingang V eine Spannung gelangt, die proportional zu derselben ist entsprechend dem Spannungsteilerverhältnis aus den beiden Widerständen 5 und 6.
Die beiden Ausgangsarochlüsse Z des Analog-
Z Multiplikators M sind mit den beiden Eingängen eines Stromgenerators verbunden, der dem hohen Widerstand R4 von Fig. 1 äquivalent ist.
Dieser Stromgenerator umfaßt die drei Transistoren 7, 8 und 9 und ist so geschaltet, daß er lediglich
»° einen einzigen Ausgang aufweist, der mit den beiden Widerständen 5 und 6 verbunden ist. Der vom Ausgang mit einer äußerst hohen Impedanz gelieferte Strom fließt in den Widerstanden 5 und 6, die insgesamt in der Wirkung dem Widerstand R5 von Fig. 1
»5 entsprechen, und in den Widerständen 10 und 11, wobei der Widerstand 11 variabel ist. Die letzteren beiden Widerstände entsprechen in der Funktion dem Widerstand R1 von Fig. 1. Der Strom fließt ferner noch durch den Widerstand R2.
»o Der in dem Ausführungsrieispiel verwendete Oszillator ist ein Colpitts-Oszillator mit einem Feldeffekttransistor 12, zwei Kapazitätsvariationsdioden 13 und 14 und einem Kondensator C.
Einzelheiten des Impedainzwandlers, des Analog-
»5 Multiplikators, des Stromgenerators und des Oszillators sind hier nicht beschrieben, da sie an sich und in mannigfaltigen Abwandlungen bekannt sind.
Bei dem Ausführungsbeiispiel sind die beiden Widerstände 5 und 6 gleich gjroß, so daß die am Ein-
gang Y von dem Stromgenerator wieder eingespeiste Spannung auf die Hälfte reduziert ist, was günstig ist für die Erzielung einer möglichst linearen Kennlinie des Oszillators, die mit Abweichungen von lediglich ± 1% eingehalten werden kann.
Die Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 bilden eine offene Schleife. Das über den Multiplikator geleitete Frequenzband kann verhältnismäßig groß sein, beispielsweise I MHz, da die dem Oszillator zugeordnete Linearitätskorrekturschaltung das Frequenzband nicht begrenzt.
Die Einstellung des Linearitätsverlaufs geschieht lediglich mit dem Widerstand R, oder gegebenenfalls noch mit dem Widerstand R5 und ist daher sehr einfach und schnell durchführbar.
♦5 Der Aufbau des Funktionsgenerators mit einem Analog-Muitiplikator, dem Widerstand Rt und den Widerständen R4 und R5, weiche eine Rückwirkung zwischen dem Ausgang und den beiden Eingängen des Multiplikators herstellen, kann auch noch andere An-
Wendungen übernehmen. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

2 135 Patentansprüche.
1. Funktionsgenerator zum Erzeugen einer Spannung, welche gleich der Summe mehrerer aufeinanderfolgender Potenzen einer Eingangsspannung ist, mit einem als Analog-MultipJikator ausgebildeten Quadratbildner, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Quadratbildners (M) über einen Teiler (R4, RJ mit seinen »° beiden Eingängen (X, Y) rückverbunden ist.
2. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler als einstellbarer ohmscher Spannungsteiler ausgebildet ist.
3. Anwendung des Funktionsgenerators nach »5 Anspruch 1 oder 2 zur Linearisierung der Frcquenz-Steuerspannungs-KAJinlinie bei einem in der Frequenz steuerbaren Oszillator mit Kapazitätsvariationsdiode«.
4. Funktionsgenerator nach Ansprach 1 oder 2. mit einem in der Frequenz steuerbaren Oszillator mit Kapazitätsvariationsdiode» zur Linearisierung der Frequenz-Steuerspannungskennlinie, gekennzeichnet durch eine Impedanzwandlerschaltung (A). an deren Hingang die Steuerspannung a5 (Umgeleitet wird und deren Ausgang (/c,, U1) einerseits mit den beiden Eingängen des Quadrat bildners (M) und andererseits über einen einstellbaren Widerstand (R1^ mit der Kapazitätsvariationsdiode (D) verbunden ist.
5. Funktionsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückverbindung vom Ausgang ?u den beiden Eingängen des Quadratbiidners ein Spannungs-Stromwandler (7, 8.
9) eingeschaltet ist, dessen Ausgang über einen Widerstand mit den beiden Eingängen des Quadratbildners verbunden ist.
6. Funktionsgenerator nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Widerstand (11) in Reihe mit einem hochohmigen Widerstand (R,) mit der Kapazitätsvariationsdiode (13. 14) verbunden ist
DE2135489A 1970-07-15 1971-07-15 Funktionsgenerator und seine Anwendung zur Linearisierung der Frequenz-Steuerspannungs-Kennlinle bei einem Oszillator mit Kapazitätsvariationsdiode Expired DE2135489C3 (de)

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