DE2258724A1 - Oszillatorschaltung - Google Patents

Description

• Oszillatorschaltung Zu Zeitsteuerzwecken sind bisher bereits viele Arten von Schaltungen verwendet worden. Diese bekannten Schaltungen reichen von hochstabilen Oszillatoren bis zu einfachen RC-Schaltungen. Damit bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen eine hohe Genauigkeit erzielt wird, müssen L komplizierte Schaltungeanordnungen, beispielsweise ein kristallgesteuerter Oszillator verwendet werden. Die Schaltungskompliziertheit erhöht die Größe und die Kosten der Zeitsteuerschaltung derart, daÇS diese.Art von Schaltungen entweder wegen ihrer Größe oder wegen ihrer hohen Kosten für viele Anwendungsfälle nicht mehr geeignet sind.
• Viele der bekannten Zeitsteuerschaltungen waren auch~ Schwankungen der Periodendauer unterworfen, die infolge von Änderungen der Spannungsversorgung oder als Folge von temperaturabhängigen Schwankungen der frequenzbestimmenden Elemente auftraten.
• Mit Hilfe der Erfindung wird eine Zeitsteuerschaltung geschaffen, die im wesentlichen frei von den oben genannten Schwierigkeiten ist. Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung enthält einen Komparator, einen Bezugssignalgenerator, einen Negator und einen Zeitsteuersignalgenerator. Der Bezugssignalgenerator erzeugt in Abhängigkeit von einem Eingangssignal ein Bezugssignal mit zwei verschiedenen Werten, die sich in vorbestimmter Weise in Abhängigkeit von der Temperatur und von der Versorgungsspannung des Bezugssignalgenerators ändern. Der Zeitsteuersignalgenerator erzeugt in Abhängigkeit von einem Eingangssignal ein im wesentlichen sägezahnförmiges Signal, dessen Steigung sich in vorbestimmter Weise in Abhängigkeit von der Temperatur und von der Versorgungsspannung des Zeitsteuersignalgenerators ändert. Der Komparator vergleicht den Momentanwert des Ausgangssignals des Bezugssignalgenerators mit dem Momentanwert des Ausgangssignals des Zeitsteuersignalgenerators, und er liefert ein Signal mit zwei Werten an den Bezugssignalgenerator und den Zeitsteuersignalgenerator. An den Ausgangd2s Komparators ist ein Negator angeschlossen, der für den Zeitsteuersignalgenerator und den Bezugssignalgenerator ein Eingangssignal mit zwei Werten liefert.
• Die Polaritäten der Ausgangs signale des Bezugssignalgenerators und des Zeitsteuersignalgenerators sind so aneinander angepaßt, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators im wesentlichen unabhängig von der Temperatur, on Änderungen der Abweichspannung des Komparators und der Ausgangsspannung der Energiequelle für diese Schaltungen ist. Das Ausgangssignal des Oszillators stellt eine stabile Zeitbasis für die Erzeugung von Taktsignalen dar. Taktsignale mit längerer Periodendauer als der Grundzyklus des Oszillators können dadurch erzeugt werden, daß an den Ausgang des Oszilleetors ein Zähler angeschlossen wird, dessen Ausgangssignal decodiert wird.
• Mit Hilfe der rfindung soll ein stabilisierter Oszillator fUr die Anwendung bei der Zeitsteuerung geschaffen werden.
• Ferner soll der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Oszillator eine Ausgangsfrequenz aufweisen, die im wesentlichen frei von temperaturabhängigen Schwankungen ist.
• Ferner soll die Frequenz des erfindungsgomäßen stabilen Oszillators durch Verändern des Werts eines veränderlichen Widerstandes einstellbar sein.Die vom erfindungsgemäßen Oszillator gelieferte Frequenz soll auch unabhängig von Amplitudenschwankungen der Versorgungsspannung sein.
• Der erfindungsgemäße Oszillator soll derart ausgebildet sein, daß seine Stabilität durch Auswahl des Verhältnisses von frequenzbestimmenden Widerständen auf einen optimalen Wert gebracht werden kann. Der erfindungsgemäße Oszillator kann leicht in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Frequenz des Oszillators von zwei Widerständen mit einstellbarem Verhältnis bestimmt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält der Oszillator einen Komparator, und seine Frequenz ist im wesentlichen frei von Fehlern, die von Änderungen der Abweichspannung des Komparators bewirkt werden usführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen': Fig.1 ein Funktionsdiagramm der Oszillatorschaltung, Fig.2 ein Ragramm der Ausgangssignalverläufe des Bezugssignalgenerators, des Zeitsteuersignalgenerators und des Komparators bei zwei verschiedenen-Temperaturen, Fig.3 ein schematisches Schaltbild exerAusfuhrungsform der Erfindung, Fig.4 ein schematisches Schaltbild einer MOS-Schaltanordnung (Metall-Oxid-Halbleiter-Schaltanordnung), Fig.5 ein schematisches Schaltbild einer zweiten AusfUhrungsform der Erfindung, Fig.6 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung, Fig.7 ein schematisches Schaltbild einer vierten AusfUhrungsform der Erfindung, Fig.8 eine abgeänderte Ausführung der in Fig.7 dargestellten Oszillatorschaltung, Fig.9 ein Diagramm, das zeigt, wie die Frequenzstabilität des Oszillators durch die richtige Auswahl des Widerstandsverhältnisses des Spannungsteilers des Bezugssignalgenerators auf einen optimalen Wert gebracht werden kann, und Fig.1O die Änderung des Ausgangssignals des Zeitsteuersignalgenerators als,Folge einer Änderung der Abweichspannung des Komparators.
• Fig.1 zeigt ein Funktionsdiagramm der Oszillatorschaltung nach der Erfindung. Der Oszillator enthält einen Bezugssignalgenerator 20, einen Zeitsteuersignalgenerator 22, einen KomparatOr 24 und einen Negator 86.Der Bezugssignalgenerator 20 hat zwei Eingangsklemmen 25 und 26 und eine Ausgangsklemme 28. Der Zeitsteuersignalgenerator 22 besitzt zwei Eingangsklemmen 30 und 31 und eine Ausgangsklemme32. Der Komparator besitzt zwei Eingangsklemmen 34 und 36 und eine Ausgangsklemme 38. Der Bezugssignalgenerator 20 , der Zeitsteuersignalgenerator 22 , der Komparator 24 und der Negator 86 sind zur Bildung einer Oszillatorschaltung gemäß der Darstellung von Fig.1 verbunden.
• Der Komparator 24 ist im Grunde ein Differenzverstärker mit hoher Verstärkung, der so ausgelegt ist, daß er an der Ausgangsklemme 38 ein hohes Ausgangssignal abgibt, wenn das an die erste (positive) Eingangsklemme 36 angelegte Signal größer als das an die zweite (negative) Eingangsklemme 34 angelegte Signal ist, während er an seiner Ausgangsklemme 38 ein niedriges Signal abgibt, wenn das an die erste Eingangsklemme 36 angelegte Signal kleiner als das an die zweite Eingangsklemme 34 angelegte Signal ist.
• Der Bezugssignalgenerator 20 ist eine elektronische Schaltung, die in Abhängigkeit von einem an die Eingangsklemmen 25 und 26 angelegten zweiphasigen Eingangs signal an der Ausgangsklemme 28 eine Bezugsspannung mit zwei Werten abgibt. Das Ausgangssignal des Bezugssignalgenerators 20 hat einen hohen Wert, wenn die an die Eingangsklemmen 26 und 25 angelegten Signale hoch bzw. niedrig sind. Das Ausgangs signal des Bezugssignalgenerators 20 ist dagegen niedrig, wenn die an die Eingangsklemmen 26 und 25 angelegten Signale niedrig bzw.
• hoch sind. Das bei einer ersten Temperatur am Ausgang des Bezugssignalgenerators abgegebene Signal ist inFig.2 mit dem Bezugszeichen 50 angegeben, und das Ausgangs signal bei einer zweiten Temperatur ist mit dem Bezugszeichen 51 angegeben. Zur Darstellung sind diese Signalverläufe vergrößert dargestellt worden.
• Der Zeitsteuersignalgenerator 22 ist eine elektronische Schaltung, die an ihrer Ausgangsklemme 32 in Abhängigkeit von einem an ihre Eingangsklemmen 30 und 31 angelegten zweiphasigen Signal ein im wesentlichen sägezahnförmiges Spannungssignal liefert. Das Ausgangssignal des Zeitsteuersignalgenerators 22 hat eine positive Steigung, wenn die an die Eingangsklemmen 30 und 31 angelegten Signale hoch bzw.
• niedrig sind, während es eine negative Steigung aufweist, wenn die an die Eingangsklemmen 30 und 31 angelegten Signale niedrig bzw. hoch sind.
• Der allgemeine Verlauf des Ausgangssignals des Zeitsteuersignalgenerators ist inFg.2 bei einer ersten Temperatur mit dem Bezugszeichen 52 und bei einer zweiten Temperatur mit dem Bezugszeichen 53 angegeben. Auch diese Signalverläufe sind für die Darstellung vergrößert dargestellt.
• Der Negator 86 ist ein Verstärker, dessen Ausgangssignal einen hohen Wert hat, wenn sein Eingangssignal niedrig ist und umgekehrt.
• Aus Fig.1 ist zu erkennen, daß die Ausgangsklemme 84 des Negators 86 an die EingangäLemme 30 des Zeitsteuersignalgenerators 22 und an die Eingangsklemme 26 des Bezugssignalgenerators 20 angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme 38 des Komparators 24 ist mit der Eingangsklemme 25 des Bezugssignalgenerators 20 und mit der Eingangsklemme 31 des Zeisteuersignalgenerators 22 verbunden. Die Ausgangsklemme 28 des Bezugssignalgenerators 20 ist mit der Eingangsklemme 34 des Komparators 24 verbunden, und die Ausgangsklemme32 des Zeitsteuersignalgenerators 22 ist an die Eingangsklemme 36 des Komparators 24 angeschlossen. Bei Verwendung dieses Schaltungsaufbaus ist das Temperaturverhalten des Bezugssignalgenerators derart vorbestimmt, daß sich bei einer Temperaturerhöhung sowohl die positiven als auch die negativen Werte des Bezugssignals in vorbestimmter Weise, beispielsweise nach Fig.2 in Richtung zu kleineren Werten ändern. Das Temperaturverhalten des Zeitsteuersignalgenerators 22 ist ebenfalls so vorbestimmt, daß die Änderung der Steigung Änderungen der Oszillatorsfrequenz im wesentlichen kompensiert, die als Folge von Änderungen der positiven und negativen Werte des Ausgangssignals des Bezugssignalgenerators 20 auftreten. Falls sich das Ausgangssignal des Bezugssignalgenerators 20 bei einer Zunahmeder Temperatur erniedrigt, muß auch die Steigung des Ausgangssignals des Zeitsteuersignalgenerators 22 mit einer Zunahme der Temperatur abnehmen. Dieses Verfahren der Frequenzstabilisierung eines Oszillators wird gegenüber solchen Schaltungen bevorzugt, bei denen versucht wird, den Bezugssignalgenerator und den Zeitsteuersignalgenerator im wesentlichen frei von temperaturabhängigen Schwankungen zu machen, weil es, wie unten noch dargelegt wird, relativ einfach ist, dafür zu sorgen, daß sih Schwankungen dieser Signale gegenseitig kompensieren, wahrend es ziemlich schwierig ist, sie unabhängig von temperaturabhängigen Schwankungen zu machen.
• Der inFig.1 dargestellte Oszillator ist im wesentlichen auch frei von Frequenzänderungen, die von Änderungen der Abweichspannung des Komparators 24 verursacht werden.
• Diese vorteilhafte Eigenschaft wird später noch genauer beschrieben.
• Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform der hier beschriebenen Oszillatorschaltung. Bei dieser Ausführungsform werden ein Komparator 24, ein Negator 86, ein Bezugssignalgenerator 20A und ein Zeitsteuersignalgenerator 22A verwendet.
• Der Komparator 24 und der Negator 86 können ebenso wie die entsprechenden Schaltungen der vorherigen Ausführungsform aufgebaut sein.
• Der Bezugssignalgenerator 20A besteht aus zwei Widerständen 54 und 56 und aus vier Schaltern A bis D. Jeder dieser Schalter 74 hat drei Klemmen 62, 64 und 66. Jeder Schalter verhält sich derart, daß beim Anlegen einer unter (über) einem vorbestimmten Wert liegenden Spannung an die Klemme 62 die Klemmen 64 und 66 über einen niederohmigen Widerstand miteinander verbunden werden. Jede Spannung, die positiver (negativer) als dieser vorbestimmte Wert ist, bewirkt im wesentlichen eine Entkopplung der Klemmen 64 und 66 voneinander. Zur Ausführung dieser Funktion gibt es viele bekannte Schaltungen. Eine besonders vorteilhafte Ausführung eines typischen Schalters 74 ist in Fig.4 dargestellt. Dieser Schalter enthält einen einzigen Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor 61 mit einerGate-Elektrode 62 und mit Source-und Drain-Elektroden 64 bzw. 66, die miteinander vertauschbar sind. In der Praxis sind die zwei durch den Schalter 64 miteinander zu verbindenden Schaltungselemente an die Drain-Elektrode 66 und an die Source-Elektrode 64 angeschlossen, und an die Gate-Elektrode 62 ist ein Signal angelegt, das zwei verschiedene Werte aufweist, so daß der Transistor 61 wahlweise zwischen seinem hochohmigen und seinem niederohmigen Zustand umgeschaltet wird. Die genauen Erfordernisse für das anzulegende Signal hängen vom Typ des verwendeten MOS-Transistors und von anderen Schaltungseinzelheiten ab. Die Betriebserfordernisse von MOS-Transistoren beim Betrieb als Schalter sind bekannt und werden hier nicht beschrieben.
• Die oben erwähnte Schaltanordnung ist nur als Beispiel einer der verwendbaren Schaltanordnungen angegeben. Es können auch andere Schaltanordnungen mit MOS-Bauelementen oder mit bipolaren Bauelementen oder auch mit Kombinationen aus diesen beiden Bauelementen verwendet werden. Bei Niederfrequenzanwendungen können auch mechanische schalter, beispielsweise Reed-Relais benutzt werden.
• Die Schalter besitzen eine Eingangsklemme, an die ein Eingangssignal mit zwei Werten angelegt ist. Bei einem Wert des Eingangssignals sind die zwei anderen Klemmen über einen niederohmigen Weg miteinander verbunden, während diese zwei Klemmen beim anderen Wert des Eingangssignals entweder überhaupt nicht oder nur über einen sehr hohen Widerstand miteinander in Verbindung stehen.
• Wie aus Fig.3 hervorgeht, ist der gemeinsame Anschluß zwischen dem ersten Widerstand 54 und dem zweiten Widerstand 56 mit der Ausgangsklemme 28 des Bezugssignalgenerators 20A verbunden. Die Klemmen 66, der Schalter A und C sind miteinander und mit der anderen Seite des ersten Widerstandes 54 verbunden. In gleicher Weise sind die Klemmen 66 der Schalter B und D miteinander und mit der anderen Seite des zweiten Widerstandes 56 verbunden. Die Klemmen 64 der Schalter A und B sind miteinander und mit einer ersten Bezugsklemme 11 verbunden. In gleicher Weise sind die Klemmen 64 der Schalter C und D miteinander und mit einer zweiten Bezugsklemme 13 verbunden. Die Augangsklemmen des Komparators 24 und des Negators 86 sind an die Klemmen 62 der Schalter A und D bzw. der Schalter B und C angeschlossen. Da nach Definition bei einem hohen Wert des Ausgangssignals des Komparators 20A das Ausgangssignal des Negators 86 niedrig ist und umgekehrt, koppelt diese Anordnung die zweite Klemme des ersten Transistors 54 an die zweite Bezugsklemme 13 bei einem Wert des Ausgangssignals und an die erste Bezugsklemme 11 bei dem zweiten Wert des Ausgangssignals. Die zweite Klemme des zweiten Transistors 56 wird in gleicher Weise über die Schalter B und D an die erste Bezugsklemme 11 und an die zweite Bezugsklemme 13 angekoppeltZDie Polaritäten der an die Klemmen 62 der Schalter angelegten Signale sind derart, daß die zweite Klemme des zweitenltansistors 56 mit der zweiten Bezugsklemme 13 verbunden wird, wenn die zweite Klemme des ersten Transistors 54 an die erste Bezugsklemme 11 angeschlossen ist und umgekehrt Durch Ankoppeln der ersten Bezugsklemme 11 und der zweiten Bezugsklemme 13 an erste und zweite Bezugsspannungxsignale mit unterschiedlicher Größe und durch Auswahl von Widerständen mit unterschiedlichen Größen für die ersten und zweiten Widerstände erzeugt das Schalten der zwei Widerstände in der oben genannten Weise ein Bezugssignal mit zwei verschiedenen Werten an der Ausgangsklemme 28 des Bezugssignalgenerators 20A.
• Der Zeitsteuersignalgenerator 22A besteht aus zwei Schaltern E und F, einem Widerstand 58 und einem Kondensators 60.
• Eine erste Klemme des Widerstandes 58 und eine erste Klemme des Kondensators 60 sind miteinander und mit der Ausgangsklemme 32 des Zeitsteuersignal-Generators 22A verbunden.
• Die Klemmen 66 der Schalter E und F sind miteinander und mit der zweiten Klemme des Widerstandes 58 verbunden.
• Die zweite Klemme des Kondensators 60 ist an eine fUnfte Bezugsklemme 21 angesdlossen, während die Klemmen 64 der Schalter E und F an eine dritte Bezugsklemme 15 bzw. an eine vierte Bezugsklemme 17 angeschlossen sind. Die Klemme 62 des Schalters E ist mit der Ausgangsklemme 38 des Komparators 24 verbunden, und die Klemme 62 des Schalters F ist mit der Ausgangsklemme 84 des Negators 86 verbunden.
• Durch Verbinden der vierten Bezugsklemme 17 und der fUnftenBezugsklemme 21 miteinander und mit einer dritten Bezugsspannung und durch Anlegen einer vierten Bezugsspannung an die vierte Bezugsklemme 15 sowie die Auswahl von Spannungsquellen mit unterschiedlichen Spannungswerten für diese Bezugsquellen schalten die Schalter E und F eine Klemme des Widerstandes 58 zwischen diesen beiden Spannungen hin und her, so daß an der Ausgangsklemme 32 des Zeitsteuersignalgenerators 22A ein im wesentlichen sägezahnförmiges Spannungssignal erzeugt wird.
• Durch Verbinda?der Ausgangsklemme 28 des Bezugssignalgenerators 20A mit der negativen Fingangsklemme 34 des Komparators 24 und der Ausgangsklemme 32 des Zeitsteuersignalgenerators 22A mit der positiven Eingangsklemme 36 des Komparators 24 wird din Schaltung vollendet. Die vollständige Schaltung erzeugt das Bezugssignal, das Zeitsteuersignal und die nusgaagssignale, wie sie in Fig.2 allgemein dargestellt sind.
• Die Ausgangsfrequenz der oben beschriebenen Schaltung kann dadurch unabhängig von den an die verschiedenen Bezugsklemmen angelegten Spannungssignalai gemacht werden, daß die Bezugsklemmen 11 und 15 miteinander und mit einem ersten Bezugsspannungssignal und die dritten und vierten Bezugsklemmen 13 und 17 miteinander und mit einem zweiten Bezugsspannungssignal verbunden werden. An die Bezugsklemme 21 kann entweder das erste oder das zweite Bezugsspannungssignal angelegt werden. An die fürifte Bezugsklenme 21 kann auch ein eigenes Spannungssignal angelegt werden, damit die Frequenz des Oszillators in Abhängigkeit von einem externen Signal dynamisch verändert werden kann.
• Fig.5 zeigt eine weitere lrusfUhrungsSorm des hier beschriebenen Oszillators. In dieser Ausführungsform wird das zwei verschiedene Werte aufweisende Bezugssignal dadurch erzeugte daß eine aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 54 und 56 bestehende Widerstandsschaltung abwechselnd zwischen zwei Bezugsklemmen 68 und 70 eingeschaltet wird, an denen eine erste bzw. eine zweite Bezugsspannung angelegt ist.
• Die ersten Klemmen der zwei Widerstände sind miteinander verbunden, und der gemeinsame Verbind'ungspunkt ist an die negative Eingangsklemme 34 des Komparators 24 angeschlossen.
• Die zweite Klemme des Widerstandes 54 ist an die Klemmen 66 ir Schalter G und I angeschlossen, und die zweite Klemme des Widerstandes 56 ist an die Klemmen 66 der Schalter H und J angeschlosen. Das Zeitsteuersignal wird mit Hilfe eines Serien-RC-Glieds aus einem Kondensator und aus einem Widerstand erzeugt. Die erste Klemme des Kondensators 60 ist an eine Bezugsklemme 72 angeschlossen, und die zweite Klemme des Kondensators 60 ist an eine erste Klemme eines Widerstandes 58 angeschlossen, Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 60 und dem Widerstand 68 bildet die Ausgangsklemme 59 des Zeitsteuersignalgenerators . Die zweite Klemme des Widerstandes 58 wird von den Schaltern G und I abwechselnd zwischen eine erste Bezugsklemme 68 und eine zweite Bezugsklemme 70 eingeschaltet. Die genannten Schaltfunktionen werden von vier Schaltanordnungen durchgeführt, die alle den gleichen Aufbau aufweisen können. Diese verschiedenen gleichartigen Schaltanordnungen sind zu ihrer Unterscheidung in Fig.5 mit den Buchstaben G, H, I und J bezeichnet worden.
• Durch Anlegen einer ersten Bezugsspannung an die erste Bezugsklemme 68 und einer zweiten Bezugs spannung an die zweite Bezugsspannung 72 mit wesentlich unterschiedlichen Amplitudenwerten der zwei Spannungen und durch abwechselndes Schalten der zweiten Klemme des Widerstandes 58 zwischen diesen beiden Bezugsspannungen wird ein im wesentlichen sägezahnförmiges Zeitsteuersignal erzeugt. Dieses Zeitsteuersignal wird an die positive Eingangsklemme 36 des Komparators 24 angelegt,indem der Verbindungspunkt des Widerstandes 58 und des Kondensators 60 an diese Klemme angeschlossen wird. Die Klemmen 62 der Schalter G und J sind an die Ausgangsklemme 38 des Komparators angeschlossen.
• Die Klemmen 62 der Schalter H und J sind an die Ausgangsklemme 84 des Negators 86 angeschlossen. Jeder der Schalter G, H, I und J ist so ausgelegt, daß er sich in einem stark leitenden Zustand befindet, wenn das an die Klemme 62 angelegte Eingangs signal einen niedrigen Wert hat , und daß er sich in einem stark nicht leitenden Zustand befindet, wenn dieses Eingangssignal einen hohen Wert hat. Da sowohl die Ausgangssignale des Komparators 24 als auch des Negators 86 Signale mit zwei Werten sind, sind entweder die Schalter G und J oder die Schalter H und I stets im leitenden Zustand. Infolge dieses Verhaltens werden die Serienwiderstandsschaltung aus den zwei Widerständen 54 und 56 und die Zeitsteuerschalturgaus dem Kondensator 60 und dem Widerstand 58 in der oben erwähnten Weise geschaltet,so daß das zwei Werte aufweisende Bezugssignal und das sägezahnförmige Zeitsteuersignal erzeugt werden.
• Die in Fig.5 dargestellte Schaltung kann aus der in Fig.3 dargestellten Schaltung dadurch entwickelt werden, daß die Funktion des Schalters A mit der des Schalters E und die Funktion des Schalters F mit der des Schalters C kombiniert werden.Dabei ist es auch erforderlich, die erste Bezugsklemme 11 mit der dritten Bezugsklemme 15 und die zweite Bezugsklemme 13 mit der vierten Bezugsklemme 17 zu verbinden. Wie oben bereits erörtert wurde, führt die Verbindung der Bezugsklemmen in der angegebenen Weise dazu, daß die Oszillatorfrequenz von den an diese Klemme angelegten Bezugs spannungen unabhängig werden.
• Nachdem die Bezugsklemmen derart miteinander verbunden worden sind, ist leicht zu erkennen, wie die oben erwähnten Schalter kombiniert werden können und wie die Schaltung von Fig.3 zu der in Fig.5 dargestellteii Schaltung vereinfacht werden kann.
• Eine weitere Ausführungsform des hier beschriebenen Oszillators ist in Fig.6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden die Schalter 74, der Komparator 24 und der Negator 86 verwendet, die in den obigen Ausfuhunungsformen erörtert worden sind, Auch die aus dem Widerstand 58 und dem dazu in Serie geschalteten Kondensator 60 bestehende Zeit steuerschaltung gleicht im wesentlichen ebenfalls der in der vorangehenden Ausführungsform verwendeten Zeitsteuerb Schaltung. Die Ausgangsklemme 84 des Negators 86 ist an die Klemmen 62 der Schalter M und N angeschlossen0 Die Ausgangsklemme 38 des Komparators 24 steht mit den Klemmen 62 der Schalter K und L in Verbindung. Ein erster Wert des zwei Werte aufweisenden Bezugssignals wird von einer aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 88 und 90 bestehenden Teilerschaltung erzeugt, die zwischen die Bezugsklemme 68 für eine erste Bezugsspannung und die Bezugsklemme 70 für eine zweite Bezugsspannung eingefügt ist. Der zweite Wert des zwei Werte aufweisenden Bezugssignals wird von einer zweiten gleichartigen, aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 92 und 94 bestehenden Spannungsteilerschaltung erzeugt, die zwischen die gleichen Bezugsklemmen eingefügt ist. Die Schalter L und M verbinden die Ausgänge dieser Spannungsteilerschaltungen abwechselnd mit der negativen Einganglbclemme 34 des Komparators 24. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 58 und dem Kondensator 60, die die Zeitsteuerschaltung bilden, ist mit der positiven Eingang klemme des Komparators 24 verbunden. Die andere Klemme des Widerstands 58 wird von den Schaltern K und N abwechselnd an die erste Beugsklemme 68 und an die zweite Bezugsklemme 70 angelegt. Durch Anlegen einer positiven Bezugsspannung an die erste Bezugsklemme 68 und einer negativen Spannung an die zweite Bezugsklemme 70 schwingt die Schaltung, und sie erzeugt die in Fig.2 angegebenen Signalverläufe.
• Eine weitere Ausführungs£orm der Erfindung ist in Fig.7 dargestellt. Diese AusfUhrungsform besteht aus einem Komparator, einem Negator, einem Bezugssignalgenerator und einem Zeitsteuersignalgenerator. Diese Ausführungsform kann leicht aus der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform entwickelt werden, indem beobachtet wird, daß die Schalter nicht notwendig sind, wenn die Ausgangsimpedanz des Komparators 24 und des Negators 86 genügend niedrig ist. Dadurch wird der Bezugssignalgenerator auf die zwei in Serie geschalteten Widerstände 54 und 56 von Fig.7 zurückgeführt. Die zwei Widerstände sind zwischen die Ausgangsklemmen des Negators und des Komparators in Serie geschaltet, wobei der Verbindungspunkt der zwei Widerstände mit der Eingangsklemme des Komparators verbunden ist. Der Zeitteuersignalgenerator wird auf ein Serien-RC-Glied zurückgeführt, das zwischen Schaltungsmasse und den Ausgang des Negators eingefügt ist. Der Verbindungspunkt des Kondensators und. des Widerstandes bildet die Ausgangsklemme des Zeitsteuersignalgenerators und er ist mit der Eingangsklemme des Komparators verbunden.
• Die Schaltung von Fig.7 kann durch Vertauschen der Eingänge des Komparators 24, durch Ankoppeln des Zeitsteuersignalgenerators an den Ausgang des Komparators 24 und nicht an den Ausgang des Negators 86-und durch Vertauschen der Lage der den Schwellwert bestimmenden Widerstände 54 und 56 im Bezugssignalgenerator geändert werden. Diese abgeänderte Schaltung zeigt Fig.8.
• In Jeder der obigen Ausführungsformen Unnen die Bezugsklemmen 70 und 72 miteinander verbunden werden. Zur dynamischen Änderung des Ausgangssignals des Zeitsteuersignalgenerators kann die Bezugsklemme 72 aber auch an eine unabhängige Spannungsquelle angeschlossen werden.
• Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn es erwünscht ist, den Oszillator mit einem externen Signal zu synchronisieren.
• Aus der obigen Erörterung der Arbeitsweise der Schaltung geht hervor, daß bei einer Zunahme des Unterschieds zwischen den positiven und negativen Werten des Bezugssignals ohne eine entsprechende Änderung der Steigung der vom Zeitsteuersignalgenerator erzeugten Ausgangsschwingung die Frequenz des Oszillators abnimmt, während bei einer Zunahme der Steigung des vom Zeitsteuersignalgenerator erzeugten Signals ohne eine änderung des Unterschieds zwischen den positiven und negativen Werten des vom Bezugssignalgenerator erzeugten Signals die Frequenz des Oszillators zunimmt. Durch Auswahl eines Kondensators für die Zeitsteuerschaltung und von Widerständen mit richtig angepaßten Temperaturkoeffizienten für die Verwendung im Zeitsteuersignalgenerator und im Bezugssignalgenerator können die Amplituden der Bezugssignale und die Steigung des Zeitsteuersignals to kompensiert werden, iß die Frequenz des Oszillators im wesentlichen frei von temperaturabhängigen Schwankungen ist. Nachfolgend sind Berechnungen für die Frequenz der in Fig.5 dargestellten Oszillatorschaltung angegeben. Diese Berechnungen zeigen, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators unabhängig von der Amplitude der Bezugsspannung ist. Sie zeigen wie die Frequenz des Oszillators veränderlich und im wesentlichen frei von temperaturabhängigen Schwankungen gemacht werden kann, indem Widerstände mit gleichartigen Temperaturkoeffizienten in die Zeitsteuerschaltung und in die Bezugssignal schaltung eingefügt werden.
• In den folgenden Gleichungen stehen die verschiedenen Ausdrücke folgendermaßen mit den in Fig.5 gezeigten Bauelementen im Zusammenhang: R1 ist der Widerstand 58; R2 ist der Widerstand 54; R3 ist der Widerstand 56; ist der Kondensator 60.
• Die Periodendauer (T) des Oszillators von Fig.5 ergibt sich aus der folgenden Gleichung: T1 = R1C ln (R3iR2) T2 = R1C ln (R3/R2) T = T1+T2 = 2R1C ln (R3/R2) T1, T2 und T sind in Fig.2 definiert.
• Unter der Annahme, daß eine Änderung der Temperatur folgende änderungen der Widerstände R1, R2, R3 und des Kondensators C hervorruft: R1 = R1 + #R1 R2 = R2 + AR2 R3 =R3-+ AR a = c + AC dann ergibt sich die neue Periodendauer (T') der Schwingung aus der Gleichen: Die Anderung der Periodenduaer ( AT') infolge von temperaturabhängigenÄnderungen der Widerstände R1 R2' R3 und des Kondensators C ergibt sich aus Als prozentualer Fehler (E') ergibt sich diese Änderung aus: Bei Oszillatoren mit veränderlicher Frequenz ist der Widerstand R1 gewöhnlich ein Schichtwiderstandsbauelement.
• Da es bei der derzeitigen Technologie äußerst schwierig ist, Widerstände herzustellen, die einen veränderlichen Widerstandswert und einen sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten aufweisen, ist es erwünscht, die Auswirk;ungen einer Änderung des Widerstandes R1 (AR1) auf die prozentuale Periodendaueränderung E' zu beseitigen. Es sei angenommen, daß der Festwiderstand R2, der ein Teil des Bezugssignalgenerators ist, aus dem gleichen Material wie der-veränderliche Widerstand R1 besteht, der ein Teil des Zeitsteuersignalgenerators ist. Dann wird (AR1/R1)= R2/R2), und die Gleichung für E' wird zu: Wenn die Beziehung R3 = 2,72 R2 gilt, dann wird ln (R3/R2)=1 und die Gleichung für E' vereinfacht sich zu: Der derzeitige Stand der Technik erlaubt es, die Werte AC und R3 so klein wie gewünscht zu machen, so daß die Änderung der Periodendauer der Oszillatorschwingung tatsächlich von der Temperatur unabhängig wird.
• Eine Untersuchung der obigen Gleichung läßt auch erkennen, daß die Frequenz des Oszillators unabhängig von der Bezugsspannung ist. Denn die Schaltung mit dieser Eigenschaft ist insbesondere bei solchen Anwendungsgebieten vorteilhaft, bei denen sich die Ausgangsspannung der Energiequelle ändern kann.
• Fig.9 zeigt die experimentell festgestellten Fehler für verschiedene Verhältnisse der Werte der Widerstände R3 und R2. Aus diesen Kurven ist zu erkennen,daß bei einem Verhältnis von 2,72,den nach den obigen Berechnungen angegebenen Uptimalwert,der durdhwiderstandsanderungen von + 10 eingeführte Fehler in der Periodendauer der Ausgangsschwingung des Oszillators bei 0,5X6 liegt.
• Die Schaltung von Fig.5 bewirkt, daß der von Änderungen der Abweichspannung des Komparators stammende Fehler in der Ausgangsfrequenz im wesentlichen beseitigt wird. Dies ergibt sich aus den folgenden Gleichungen, wobei V1, V2, VIN, AV, T, T1, T , T", T1", und T2" in Fig.10 dargestellt sind. Die verschiedenen Größen in den Gleichungen stehen folgendermaßen mit den inFig.5 dargestellten Bauelementen in Beziehung: R1 ist der Widerstand 58; R2 ist der Widerstand 54; R3 ist der Widerstand 56; C ist der Kondensator 60.
• Die Spannung VIN ist die an der Bezugsklemme 68 anliegende Spannung vermindert um die an der Bezugsklemme 70 anliegende Spannung.
• .V1= R3 VIN R2 +R3 R2 VIN R2 + R3 V1) T1 = R1C ln ( V1) V1) T2 = R1C ln ( V2) T = T1 + T2 = 2R1C ln( V2) = R1C ln (V22) T1" = 2R1C ln (VIN - V2- #V) VIN - V1 - #V T1 = R1C ln ( VIN - V2 - #V VIN - V2 - #V T2 = R1C ln ( VIN - V2 + tV VIN - V1 + AV T"2 = T1" + T2" = R1C ln(V12 - #V2) V22 - #V2 Offensichtlich ist der Ausdruck für die Gesamtperiodendauer der Schwingung T" nach einer Anderung der Eingang abweichung des Komparators fast mit dem Ausdruck identisch, der sich ergibt,wenn keine Abweichung angenommen wird; die Ausdrücke unterscheiden sich nur durch Einflüsse zweiter Ordnung. Dies läßt sich Fig.1O entnehmen, wo zu erkennen ist,daß sich T1" zwar ändert, T2" sich jedoch genau in der entgegengesetzten Weise ändert, so daß T" unverändert bleibt.
• Mit dem Ausgang des Oszillators kann auch ein Zähler verbunden werden , damit Zeitsteuersignale erzeugt werden, die eine längere Periodendauer als die Grundzykluszeit des Oszillators aufweisen.
• Die oben beschriebenen Taktgeber sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn es erwünscht ist, sie in Form von integrierten Schaltungen aufzubauen, da alle Bauteile des Oszillators leicht unter Verwendung von MOS-Schaltungen ausgeführt werden können. Dadurch werden die Kosten und der Energieverbrauch des fertigen Taktgebers stark herabgesetzt. Der Taktgeber kann auch als bipolare integrierte Schaltung ausgeführt werden.
• Die Reduzierung des als Folge der Abweichspannungen am Komparator auftretenden Fehlen macht es möglich, die Komparatorschaltung unter Verwendung von integrierten MOS-Schaltungen aufzubauen. Unter Berücksichtigung des derzeitigen Standes der Technik werden dadurch die Kosten üblicherweise herabgesetzt, und die Zuverlässigkeit des Oszillators wira verbessert.
• Die obigen Berechnungen beziehen sich zwar nur auf die Schaltung von Fig.5 , doch kann gezeigt werden, daß die weiteren dargestellten Ausführungsformen ebenfalls diese wünschenswerten Eigenschaften aufweisen.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch einen Bezugssignalgenerator, der in Abhängigkeit von einem ersten Eingangssignal ein Bezugs signal mit zwei unterschiedlichen Werten erzeugt, einen Zeitsteuersignalgenerator zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Spannungssignals mit einer vorbestimmten Steigung, die sich in Abhängigkeit von einem zweiten Eingangssignal von positiven nach negativen Werten ändert, und einen Differenzkomparator mit Eingängen, die an die Ausgänge des Bezugssignalgenerators und des Zeitsteuersignalgenerators angeschlossen sind, sowie mit einem Ausgang, der an die Eingänge des Bezugssignalgenerators und 4es Zeitsteuersignalgenerators angeschlossen ist.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugssignalgenerator derart ausgebildet ist, daß sich die zwei Werte seines Ausgangssignals in vorbestimmter Weise in Abhängigkeit von der Temperatur ändern, und daß sich die Steigung des erzeugten Spannungssignals ebenfalls in vorbestimmter Weise in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Verhalten des Bezugssignalgenerators und des Zeitsteuersignalgenerators derart vorbestimmt ist, daß die Ausgangsfrequenz der Oszillatorschaltung im wesentlichen frei von temperaturabhängigen Schwankungen ist.

4. Oszillatorschatung nach einem der vorherigen hnsprilohe, dadurch gekennzeichnet, daß der Difforenzkomyenratols das Eingangssignal aus dem Bezugsspannungsgenerator und das Eingangs signal aus dem Zeitsteuersignalgenerator miteinander vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, das erste und zweite Werte aufweist, wobei der erste Wert erzeugt wird, wenn das vom Bezugssignalgenerator stammende Eingangssignal das vom Zeitsteuersignalgenerator stammende Eingang signal überschreitet, während der zweite Wert erzeugt wird, wenn das vom Zeitsteuersignalgenerator stammende Eingangssignal das vom Bezugssignalgenerator stammende Eingang signal überschreitet, daß das Ausgangssignal wahlweise an erste und zweite Schaltanordnungen angelegt ist, daß ein an den Ausgang des Komparators angeschlossener Negator vorgesehen ist, dessen Ausgang wahlweise an dritte und vierte Schaltanordnungen angeschlossen ist daß der Bezugssignal gnerator einen Spannungsteiler enthåltS der derart an einen ersten Eingang des Komparators eld an die Schaltanordnungen angeschlossen ist, daß eine selektive Aktivierung der Schalt anordnungen den Spannungsteiler selektiv an erste und zweite Bezugsspannungen anlegt, so daß an den ersten Eingang des Komparators das Bezugssignal mit den zwei Werten erzeugt wird und daß der Zeitsteuersignalgenerator eine eine Zeitsteuerschaltung enthält, die derart an einen zweiten Eingang des Komparators und an die Schaltanordnung angeschlossen ist, daß eine selektive. Aktivien;sig der Schaltanordnung die Zeit steuerschaltung selektiv an erste und zweite Bezugsspannungen anlegt, so daß am zweiten Eingang desKomparators ein sägezahnförmiges Zeitsteuersignal erzeugt wird

5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler des Besugssignalgenerators zwei in Serie geschaltete Widerstände en2Ghälte

6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnetS daß die Zeitsteuerschaltung des Zeitsteuersignalgenerators eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator enthält

7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand veränderlich ist.

8. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Widerstand des Spannungsteilers und wenigstens ein Widerstand der Zeitsteuerschaltung gleiche Temperaturkoeffizienten aufweisen, so daß die Qszillatorschaltung im wesentlichen keine temperaturabhängigen Frequenz schwankungen aufweist.

9. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerschaltung einen Widerstand enthält, daß wenigstens ein Widerstand des Spannungsteilers und der Widerstand in der Zeitsteuerschaltung gleiche Temperaturkoeffizienten aufweisen, und daß das Verhältnis der Spannungsteilerwiderstände etwa 2,72 beträgt.

10. Oszillatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugssignalgenerator einen ersten und einen zweiten Spannungsteiler enthält, daß der erste npannungeteiler über die erste Schaltanordnung:zwi schen ersten und zweiten Bezugsspannungen an den ersten Eingang des Komparators angeschlossen ist, daß der zweite Spannungsteiler über die zweite Schaltanordnung zwischen ersten und zweiten Bezugs spannungen an den ersten Eingang des Komparators angeschlossen ist und daß die Zeitsteuerschaltung derart an den zweiten Eingang des Komparators und an die dritte und vierte Schaltanordnung angeschlossen ist, daß am zweiten Eingang des Komparators durch abwechselndes Anlegen des Zeitsteuersignals an die ersten und zweiten Bezugsspannungen ein sägezahnförmiges Zeitsteuersignal erzeugt wird, so daß eine Oszillatorschaltung entsteht.

11. Osaillatorschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Spannungsteiler und die Zeitsteuerschaltung Widerstände enthalten, deren Temperaturkoeffizienten so gewählt sind, daß die Ausgangsfrequenz der Oszillatorschaltung im wesentlichen keine temperaturabhängigen Schwankungen aufweist.

12. Oszillatorschaltung nach Anspruch 70,.dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerschaltung eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator enthält.

13. Oszillatorschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand zur Veränderung der Ausgangsfrequenz der Oszillatorschaltung veränderlich ist.

14. Oszillatorschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Oszillatorschaltung ein Zähler angeschlossen ist, der ein Zeitsteuersignal erzeugt, dessen Periode gleich einer vorgewählten Zahl von Zyklen der Oszillatorschaltung ist.