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Rückgekoppelter Oszillator hoher Amplitudenkonstanz Die Erfindung
bezieht sich auf einen rückgekoppelten Oszillator hoher Ämplitudenkonstanz, der
bei geringem Schaltungsaufwand eine temperaturunabhängige, beispielsweise für Eichzwecke
geeignete Ausgangsspannung abgeben soll.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine die rückgekoppelte
Spannung einseitig begrenzende, erste Gleichrichterdiode mit einer Sperrspannung
vorbestimmter Größe beaufschlagt ist, die von der Zenerspannung einer in einem bestimmten
Arbeitspunkt betriebenen, vorzugsweise temperaturkompensierten Zenerdiode über einen
Spannungsteiler abgeleitet wird, und daß der eingangsseitige voller visiderstand
dieses Spannungsteilers Mus einer in Durchlaßrichtung gepolten zweiten Gleichrichterdiode
besteht, die hinsichtlich ihrer Durchlaßkennlinie und ihres Temperaturverhaltens
mit der ersten möglichst weitgehend übereinstimmt.
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Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin,
daß infolge der weitgehenden Kompensation des emperaturverhaltens der ersten Gleichrichterdiode
mit einem geringen Aufwand an Bauelementen innerhalb eines weiten Temperaturbereiches
eine hohe Amplitudenkonstanz der Ausgangsspannung erreicht wird, die bei Verwendung
einer temperaturkompensierten Zenerdiode Werte erreicht, welche sonst nur mit einem
aufwendigen
Regelkreis einschließlich eines Regelverstärkers eingehalten
werden könnten. Bei einer Ausbildung als Transistor-Oszillator bewirkt eine Anschaltung
des erforderlichen'Basisspannungsteilers an die Zenerspannung zusätzlich eine gute
Stabilisierung der Ausgangsamplitude gegenüber Betriebsspannungsschwankungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Hierbei wird von einer herkömmlichen, rückgekoppelten Oszillatorschaltung
ausgegangen, die einen npn-Transistor 1 als aktives Schaltelement enthält. Sein
Kollektor ist über einen auf die Oszillaborfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis,
bestehend aus der Induktivität 2 und der Kapazität 3, an die Betriebsspannung +UB
geschaltet, während der Emitter über einen gegenkoppelnden Emitterwiderstand 4 und
eine Induktivität 5 mit dem Bezugspotential M der Schaltung verbunden ist. Die Basis
von 1 ist an den Abgriff eines ohmschen Spannungsteilers 6, 7 geführt, dessen einer
Teilerwiderstand 7 durch eine Kapazität 8 wechselstrommäßig überbrückt ist. Eine
induktive Rückkopplung des Kollektorkreises auf den Emitterkreis über die auf einen
gemeinsamen Kern 9 gewickelten Induktivitäten 5 und 2 bewirkt die Selbsterregung
der Oszillatorschaltung bei der Resonanzfrequenz des Kreises*2, 3. Der Oszillatorausgang
10 ist in dem dargestellten Schaltbeispiel an den Verbindungspunkt des Emitterwiderstandes
4 und der Induktivität 5 geführt, könnte aber auch an anderer Stelle der Schaltung
liegen, z.B. an einem Abgriff der Induktivität 2 oder 11.
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Zur Begrenzung der von 2 nach 5 rückgekoppelten Spannung ist der Kern
9 mit einer weiteren Wicklung 11 versehen, die mit der Serienschaltung einer ersten
Gleichrichterdiode 12 und eines ohmschen Widerstandes 13 geschaltet ist. Der Verbindungspunkt
von 12 und 13 ist über eine zweite Gleichrichterdiode 14 an den Verbindungspunkt
einer weiteren Serienschaltung geführt, die aus dem ohmschen Widerstand 15 und der
Zenerdiode 16 besteht und an der Betriebsspannung +UB liegt. Schließlich ist der
Teilerwiderstand 6 des Basistellers 6, 7 ebenfalls an den Verbindungspunkt von 15
und 16 gelegt.
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Die Amplitudenstabiliserung der Ausgangsspannung Ua ist eine Folge
der Begrenzung, die die von 2 nach 5 rückgekoppelte Spannung im Rückkopplungskreis
2, 5, 9, 11, 12, 13, 14 und 16 erfährt. Diese Begrenzung ist abhängig von der Spannung
Us, die am Verbindungspunkt von 12 und 13 auftritt und die Gleichrichterdiode 12
sperrt. Übersteigt der Momentanwert der rückgekoppelten Spannung innerhalb der in
Durchlaßrichtung von 12 verlaufenden Halbvzellen den Wert von U5 um ein der Durchlaßspannung
von 12 entsprechendes Maß, so wird der Schaltkreis 11, 12, 13, 14 und 16 jeweils
relativ niederohmig und begrenzt dabei die in Durchlaßrichtung von 12 verlaufenden
Halbwellen.
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Diese Begrenzung reicht aus, um die Amplitude der Ausgangsspannung
Ua auf einen bestimmten, von U5 abhängigen Wert nachzuregeln.
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Die Sperrspannung U5 wird über einen Spannungsteiler 13, 14 von der
Zenerspannung Uz abgeleitet, die durch die Zenerdiode 16 bestimmt ist. Der eingangsseitige
Teilerwiderstand
dieses Spannungsteilers wird dabei durch die zweite
Gleichrichterdiode 14 gebildet, die bezüglich Uz in Durchlaßrichtung gepolt ist.
Werden nun die Gleichrichterdioden 12 und 14 so ausgesucht, daß sie hinsichtlich
der Durchlaßkennlinie und des Temperaturverhaltens möglichst weitgehend übereinstimmen,
was z.3. bei Hot-Carrier-Dioden leicht erreichbar ist, so wird der Einfluß des Temperaturkoeffizienten
der Gleichrichterdiode 12 auf die Schaltung durch eine entsprechende Änderung der
Sperrspannung US kompensiert. Um jedoch diese Kompensationswirkung durch das Temperaturverhalten
der Zenerdiode 16 nicht zu stören, ist es zweckmäßig, auch diese temperaturkompensiert
zu betreiben. Da die Temperaturkompensation einer Zenerdiode im allgemeinen nur
für einen bestimmten Arbeitspunkt garantiert wird, ist es weiterhin vorteilhaft,
diesen Arbeitspunkt durch eine entsprechende Dimensionierung des ohmschen Widerstandes
15 möglichst genau einzustellen4 Der Oszillator nach der Erfindung bietet die Möglichkeit,
die Ausgangs spannung Ua bezüglich ihrer Amplitude in einfacher Weise gegenüber
Betriebsspannungsschwankungen zu stabilisieren. Zu diesem Zweck wird der Basisspannungsteiler
6, 7 nicht wie üblich an die Betriebsspannung +U3, sondern an die Zenerspannung
Uz geschaltet, wie in der Zeichnung dargestellt ist. In diesem Fall beeinflussen
Betriebsspannungsschwankungen den Arbeitsstrom und die Steilheit des Transistors
1 nur unwesentlich.
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Bei einem ausgeführten Schaltbeispiel eines Oszillators nach der Erfindung
ergaben sich folgende Werte, die jedoch nur die Stabilisierungswirkung erläutern
sollen
und nicht etwa als maximal erreichbare Grenzwerte zu verstehen
sind: Die Oszillatorfrequenz betrug dabei 100 kHz, während die temperaturkompensierte
Zenerdiode 16 in einem Arbeitspunkt von 7,5 mA Zenerstrom betrieben wurde. Innerhalb
eines Temperaturbereiches von -20° bis +600C ergaben sich Änderungen der Ausgangsspannung
Ua von +3,5e10 3, was einem Temperaturkoeffizienten der Ausgangsspannung Ua von
+2,2.10-5 pro Grad C entspricht. Bei einer Änderung der Betriebsspannung UB = +16
V um + 10 ergab sich weiterhin eine Xnderung der Ausgangsspannung um von +3.10.
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a Die mit der Oszillatorschaltung nach der Erfindung erreichbare,
hohe Amplitudenkonstanz und der geringe schaltungstechnische Aufwand ermöglichen
mit besonderem Vorteil eine Anwendung als fest eingebaute Eichspannungsquelle in
Geräten der elektrischen Meß- und Nachrichtentechnik.
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4 Patentansprüche 1 Figur