DE2408991C3

DE2408991C3 - Oscillator with a transistor in common base

Info

Publication number: DE2408991C3
Application number: DE19742408991
Authority: DE
Inventors: Guenter 7141 Schwieberdingen Wolf
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1974-02-25
Publication date: 1980-04-24
Also published as: DE2408991B2; AU7743675A; DE2408991A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator mit einem Transistor in Basisschaltung und einer Mitkopplung von einem niederohmigen Abgriff einer im Kollektorkreis des Transistors liegenden Impedanz auf seinen Emitter, insbesondere auf einen Oszillator für die Träger- und/oder Pilotfrequenzerzeugung der Trägerfrequenztechnik.The invention relates to an oscillator with a transistor in common base and positive feedback from a low-resistance tap of an impedance in the collector circuit of the transistor its emitter, in particular an oscillator for the carrier and / or pilot frequency generation Carrier frequency technology.

Stand der TechnikState of the art

Solch ein Oszillator, wie er z. B. in der Fig. 2 der DD-PS 47 42») dargestellt ist und in der Beschreibung beschrieben ist, zeigt Fig. I. Die F i g. 2a, 2b und 2c /eigen weitere, ebenfalls dem Stand der Technik zuzurechnende Abwandlungen.Such an oscillator as e.g. B. in Fig. 2 of the DD-PS 47 42 ») is shown and in the description is shown in FIG. I. FIG. 2a, 2b and 2c / own others, also the state of the art attributable modifications.

Aus der DE-OS 20 38 4 )5, insbesondere F i g. 1 b mit zugehörigem Text, und aus »Funk-Technik«, 1972, Nr. 4, Seite 132, insbesondere Bild I, sind Oszillatoren bekannt, die /war Transistoren in Basisschaltung enthalten, ji'doch erfolgt dort keine Mitkopplung vonFrom DE-OS 20 38 4) 5, in particular F i g. 1 b with Associated text, and from "Funk-Technik", 1972, No. 4, page 132, especially Figure I, are oscillators known, the / was contained transistors in the base circuit, ji'doch there is no positive feedback from

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hl) einer Impedanz im Kollektorkreis eines Transistors auf dessen eigenen Emitter. hl) an impedance in the collector circuit of a transistor on its own emitter.

Bei dem Oszillator nach der DE-OS 20 38 435, F i g. 1 b, wird die Ausgangswechselspannung (Rechteckspannung) des Oszillators, die dem Kollektorkreis eines Transistors entnommen wird, gleichgerichtet und der Basis desselben Transistors oder der Busis eines weiteren Transistors zugeführt. Die beiden Transistoren bilden dabei einen Differenzverstärker mit Kollektorausgangskreisen und einem gemeinsamen Emitterwiderstand. In the oscillator according to DE-OS 20 38 435, F i g. 1 b, the output AC voltage (square wave voltage) of the oscillator, which is taken from the collector circuit of a transistor, rectified and the Base of the same transistor or the Busis of another transistor supplied. The two transistors form a differential amplifier with collector output circuits and a common emitter resistor.

Bei dem aus »Funk-Technik« bekannten Oszillator wird die Kollektorspannung eines Transistors gleichgerichtet und der Basis desselben Transistors zugeführt. Dieser Transistor bildet mit einem weiteren Transistor einen Differenzverstärker mit Kollektorausgangskreisen und einem gemeinsamen Emitterwiderstand.In the oscillator known from "radio technology", the collector voltage of a transistor is rectified and fed to the base of the same transistor. This transistor forms with another transistor a differential amplifier with collector output circuits and a common emitter resistor.

Aufgabetask

Es ist Aufgabe der Erfindung, den eingangs genannten bekannten Oszillator hinsichtlich seiner Amplituden- und Frequenzstabilität zu verbessern. Dabei soll der Oszillator leicht und sicher anschwingen, und die in seinem Ausgangssignal enthaltenen Klirrprodukte sollen niedrig sein. Insbesondere in der Trägerfrequenztechnik wird nicht nur eine hohe Frequenzkonstanz und eine hohe Klirrdämpfung sondern auch eine hohe Pegelkonstanz, z. B. für die Pilotfrequenzgeneratoren, gefordert.It is the object of the invention to improve the known oscillator mentioned at the beginning with regard to its amplitude and improve frequency stability. The oscillator should start to oscillate easily and safely, and the in The distortion products contained in its output signal should be low. Especially in carrier frequency technology becomes not only a high frequency constancy and a high distortion attenuation but also a high one Level constancy, e.g. B. for the pilot frequency generators required.

Lösungsolution

Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.The object is achieved with the means specified in claim 1.

Weiterbildung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further development result from the subclaims.

Vorteileadvantages

Der erfindungsgemäße Oszillator ermöglicht eine sehr schnelle Einregclung auch bei sehr hohen Frequenzen. Ferner wird durch die Regelung verhindert, daß bei Verwendung eines Schwingquarzes an diesem Spannungen auftreten können, die zu einem Zerspringen des Quarzes führen können, was besonders bei hohen Frequenzen, also sehr dünnen Quarzen auftritt.The oscillator according to the invention enables very rapid adjustment even at very high levels Frequencies. Furthermore, the regulation prevents that when using an oscillating crystal This tension can occur, which can lead to the cracking of the quartz, which is particularly important occurs at high frequencies, i.e. very thin crystals.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Die Erfindung soll nun an Hand der in den Figuren dargestellten Beispiele ausführlich beschrieben werden. Es zeigt dabeiThe invention will now be described in detail using the examples shown in the figures. It shows

Fig. 1 den bekannten Oszillator gemäß der DD-PS 47 429;Fig. 1 shows the known oscillator according to the DD-PS 47,429;

Fig. 2 dem Stand der Technik zuzurechnende Varianten dieses Oszillators;FIG. 2 variants of this oscillator attributable to the prior art; FIG.

F i g. 3 ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Oszillator mit Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyp;F i g. 3 shows an example of the oscillator according to the invention with transistors of the same conductivity type;

F i g. 4 ein Beispiel mit Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps;F i g. 4 shows an example with transistors of different conductivity types;

F i g. 5 eine Variante des Oszillators nach F i g. 3 mit einer Spannungsverdopplersehaltiing und einer Auslegung für unstabilisierte Versorgungsspannungcn;F i g. 5 shows a variant of the oscillator according to FIG. 3 with a voltage doubler holding and design for unstabilized supply voltages;

F i g. 6 eine Variante des Oszillators nach F i g. 5 mit einem Transistor als gemeinsamen Emitterwidcrstand;F i g. 6 shows a variant of the oscillator according to FIG. 5 with a transistor as a common emitter resistor;

Fig. 7 die Abhängigkeit des Oszillator-Ausgangssignal-Pcgels von derTemperatur;7 shows the dependency of the oscillator output signal Pcgel from the temperature;

Fig. 8 die Abhängigkeit des Oszillator-Ausgangssignal-Pegels von Schwankungen der Versorgungsspannung. 8 shows the dependency of the oscillator output signal level from fluctuations in the supply voltage.

In allen Figuren wurden entsprechende Bauteile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding components have always been used in all figures provided with the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt nun den bekannten Oszillator, von dem die Erfindung ausgeht Trs 1 ist dabei ein in Basisschaltung betriebener Transistor, dessen Basis an einer über einen Spannungsteiler R2, R2 eingestellten Vorspannung liegt und über einen Kondensator Ci mit dem negativen Pol { — Uv) der Gleichspannungsquelle verbunden ist. In seinem Kollektorkreis befindet sich ein Parallelresonanzkreis bestehend aus der Spule L 1 und dem Kondensator Cl, während in seinem Emitterkreis der Emitterwiderstand R1 angeordnet ist. Zwischen einem niederohmigen Abgriff der Schwingkreisspule L1 und dem Emitter des Transistors Trs \ ist der Mitkopplungsweg, bestehend aus der Reihenschaltung eines Schwingquarzes Q mit einem abgleichbaren Kondensator C2, angeordnet.Fig. 1 now shows the known oscillator, from which the invention is based Trs 1 is a common base transistor, the base of which is connected to a bias voltage set via a voltage divider R2, R2 and via a capacitor Ci to the negative pole {- Uv) is connected to the DC voltage source. In its collector circuit there is a parallel resonance circuit consisting of the coil L 1 and the capacitor C1, while the emitter resistor R 1 is arranged in its emitter circuit. The positive feedback path, consisting of the series connection of a quartz crystal Q with an adjustable capacitor C2, is arranged between a low-resistance tap of the resonant circuit coil L 1 and the emitter of the transistor Trs \.

Die in Fig.2a, 2b und 2c gezeigten Varianten dieses Oszillators werden später erläutert.The variants of this shown in Fig.2a, 2b and 2c Oscillator will be explained later.

Ein Beispiel für den erfindungsgemaßen Oszillator wird nun anhand der Fig.3 erläutert, wobei der in F i g. 1 gezeigte Teil nicht wiederholt wird.An example of the oscillator according to the invention will now be explained with reference to FIG F i g. 1 is not repeated.

Trs 2 ist ein in Kollektorschaltung betriebener Transistor gleichen Leitfähigkeitstyps wie der Transistor Trs 1. Die Emitter beider Transistoren sind miteinander verbunden, so daß sie den Emitterwiderstand R 1 gemeinsam haben. Auf der Spule L 1 des Parallelschwingkreises ist nun eine Auskoppelwicklung aufgebracht, die einseitig auf Bezugspotential (Masse) liegt und deren anderem Wicklungsende das Ausgangssignal A einmal entnommen aber auch noch einer Diode D zur Einweggleichrichtung zugeführt wird, wobei die gleichgerichtete Spannung mittels eines Ladekondensators C 4 geglättet wird und der Basis des Transistors Trs 2 zugeführt wird. Ein Widerstand R 7 sorgt dabei für den Gleichstromweg für Gleichrichter- und Basiskreis. Ähnlich wie bei einem Differenzverstärker findet in Abhängigkeit von der Basisspannung des Transistors Trs 2, mithin '.Iso in Abhängigkeit von der Amplitude des Ausgangssignales des Oszillators eine Änderung der Stromaufteilung zwischen den beiden Transistoren Trs 1 und Trs 2 statt, wodurch aber mit wachsendem Strom durch Trs2 die Ausgangsamplitudc des Oszillators absinkt, so daß sich diese auf einen konstanten Wert einregelt. D'?ser Wert läßt sich z. B. lurch Verändern der Basisvorspannung des Transistors Trs 1 einstellen. Trs 2 is a collector-connected transistor of the same conductivity type as the transistor Trs 1. The emitters of both transistors are connected to one another so that they have the emitter resistance R 1 in common. A decoupling winding is now applied to the coil L 1 of the parallel resonant circuit, one side of which is at reference potential (ground) and the other end of the winding the output signal A is taken once but also fed to a diode D for half-wave rectification, the rectified voltage by means of a charging capacitor C 4 is smoothed and supplied to the base of the transistor Trs 2. A resistor R 7 provides the direct current path for the rectifier and base circuit. Similar to a differential amplifier, there is a change in the current distribution between the two transistors Trs 1 and Trs 2 depending on the base voltage of the transistor Trs 2, hence '.Iso depending on the amplitude of the output signal of the oscillator, but this changes as the current increases Trs2 the output amplitudc of the oscillator drops so that it adjusts to a constant value. This value can e.g. B. set by changing the base bias of the transistor Trs 1.

F i g. 4 zeigt nun ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Oszillator mit zwei Transistoren Trs 1 und Trs 2 unterschiedlichen Leitfähi^keitstyps. Für diese Konfiguration wurde von einer Anordnung nach Fig.2a ausgeganger·. Der niederohmige Abgriff des im Kollektorkreis des Transistors Trs 1 liegenden Parallelresonanzkreises erfolgt am Verbindungspunkt zweier als Kreiskapazität in Reihe geschalteter Kondensatoren CV und Cl". Dieser Abgriff ist dann für die erforderliche Mitkopplung über einen Widerstand R 4 mit dem Emitter des Transistors Trs I verbunden. Einem Abgriff der Parallclkreisspule L 1 wird das Ausgangssignal A entnommen. Das am Kollektor des Transistors Trs \ und damit am Parallelresonanzkreis anstehende Signal wird mittels einer Einweggleichrichterschaltung, bestehend aus einer Diode D, einem Ladekondensator C 4 und einem Widerstand RT, gleichgerichtet, und die am Lackkondensator CA stehende Gleichspannung, die proportional dem Pegel des Ausgangssignales A ist, steuert die Basis des Transistors Trs 2, in dessen Emitterkreis sich ein Emitterwiderstand RB befindet. R 1 ist hier dann einmal der Emitterwiderstand des Transistors Trs 1 und gleichzeitig der Kollektorwiderstand des Transistors Trs 2. Auch hier findet ein der Anordnung nach Fig.3 entsprechender Regelvorgang statt, wobei sich der gewünschte Ausgangspegel dann wiederum durch Verändern der Basisvorspannung des Transistors Trs 1 einstellen läßt.F i g. 4 now shows an example of an oscillator according to the invention with two transistors Trs 1 and Trs 2 of different conductivity types. An arrangement according to FIG. 2a was assumed for this configuration. The low-resistance tap of the parallel resonance circuit in the collector circuit of the transistor Trs 1 takes place at the connection point of two capacitors CV and Cl "connected in series as a circuit capacitance. This tap is then connected to the emitter of the transistor Trs I via a resistor R 4 for the necessary positive feedback tap of the Parallclkreisspule L 1, the output signal a is removed. the present at the collector of transistor Trs \ and thus the parallel resonant circuit signal by means of a half-wave rectifier circuit consisting of a diode D, a charging capacitor C 4 and a resistor RT, rectified, and the paint capacitor CA standing DC voltage, which is proportional to the level of the output signal A , controls the base of the transistor Trs 2, in the emitter circuit of which there is an emitter resistor RB . R 1 is then once the emitter resistance of the transistor Trs 1 and at the same time the collector resistance of the transistor Trs 2 . Here, too, a control process corresponding to the arrangement according to FIG. 3 takes place, the desired output level then in turn being able to be set by changing the base bias of the transistor Trs 1.

Der erfindungsgemäße Oszillator nach Fig. 5 entspricht in seiner Grundkonfiguration dem nach Fig.3, wobei auch hier 7VsI und Trs 2 Transistoren gleichenThe oscillator according to the invention according to FIG. 5 corresponds in its basic configuration to that according to FIG. Here too 7VsI and Trs 2 are the same transistors

ίο Leitfähigkeitstyps sind. Die dem Pegel des Ausgangssignales A proportionale Steuerspannung für die Basis des Transistors 7Vs 2 wird mit Hilfe einer bekannten Spannungsverdopplerschaltung, bestehend aus Dioden Dl und D 2, einem Ladekondensator C4 und einem Widerstand R 7, gewonnen, der das Wechselstromsignal über einen zur Potentialtrennung dienenden Koppelkondensator C5 zugeführt wird. Hierdurch verändert sich die Funktionsweise der Anordnung gegenüber der nach F i g. 3 noch nicht.ίο are conductivity type. The control voltage for the base of the transistor 7Vs 2, which is proportional to the level of the output signal A , is obtained with the help of a known voltage doubler circuit, consisting of diodes Dl and D 2, a charging capacitor C4 and a resistor R 7, which feeds the alternating current signal via a coupling capacitor used for potential separation C5 is fed. This changes the mode of operation of the arrangement compared to that according to FIG. 3 not yet.

Aus der F i g. 3 ist nun aber zu ersehen, daß infolge des Spannungsteilers R 2, R 3 für die Basisvorsyannung des Transistors Trs 1 sich bei einer Änderung des Wertes der Versorgungsspannung U\ auch die Basisvorspannung des Transistors Trs 1 und damit auch der Pegel des Ausgangsjignals A ändern muß. Wenn also keine stabilisierte Versorgungsspannung Uv zur Verfügung steht, also mit Versorgungsspannungsschwankungen gerechnet werden muß, empfiehlt es sich, die Basisvorspannung des 7Vs 1 und damit den Pegel desFrom FIG. 3 it can now be seen that, due to the voltage divider R 2, R 3 for the base bias of the transistor Trs 1, the base bias of the transistor Trs 1 and thus also the level of the output signal A must change when the value of the supply voltage U \ changes . If there is no stabilized supply voltage Uv available, i.e. supply voltage fluctuations must be expected, it is advisable to set the base bias voltage of the 7V 1 and thus the level of the

jo Ausgangssignals A dadurch zu stabilisieren, daß der Widerstand R 3 der F i g. 3 durch eine Zenerdiode Z1 entsprechender Durchbruchsspannung ersetzt wird.jo output signal A by the fact that the resistor R 3 of the F i g. 3 is replaced by a Zener diode Z1 with a corresponding breakdown voltage.

Fig.6 zeigt nun eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung. Diese geht von der F i g. 2c aus, wobei eine ähnliche Konfiguration mit einem Schwingquarz Q anstelle des Serienkreises L 2, C2' im Mitkopplungsweg aus Fig. 2b hervorgeht. Auch hier wird, wie bei der Anordnung nach F i g. 5. die Steuerspannung für den Transistor 7Vs 2 durch Span-6 now shows a further modification of the oscillator circuit according to the invention. This starts from FIG. 2c, with a similar configuration with a quartz crystal Q instead of the series circuit L 2, C2 ' in the positive feedback path from FIG. 2b. Here too, as in the case of the arrangement according to FIG. 5. the control voltage for the transistor 7Vs 2 through voltage

■10 nung^sverdopplung gewonnen, auch hier wird dann die Spannung der Basis des Transistors Trs 1 mittels einer Zenerdiode Zl gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung Uv stabilisiert. Der gemeinsame Emitterwiderstand beider Transistoren Trs 1 und Trs 2 ■ 10 ^{voltage s} doubling gained, here too the voltage of the base of the transistor Trs 1 is then stabilized against fluctuations in the supply voltage Uv by means of a Zener diode Zl. The common emitter resistance of both transistors Trs 1 and Trs 2

4) besteht hier nun aus der Kollektor-Emitterstrecke eines dritten Transistors 7Vs3 und seinem Emitterwiderstand R 9. Seine Steuerspannung erhält dieser Transistor Trs 3 von dem Abgriff eines der Zenerdiode Zl parallelliegenden Spannungsteilers R 3', R 3". Der Transistor4) now consists of the collector-emitter path of a third transistor 7Vs3 and its emitter resistor R 9. This transistor Trs 3 receives its control voltage from the tap of a voltage divider R 3 ', R 3 " lying parallel to the Zener diode Z1. The transistor

>o wird dabei als Konstantstromquelle betrieben, wobei sich sein Kollektorstrom dann je nach Regelzustand auf die beiden Transistoren Trs 1 und 7Vs2 aufteilt. Der Wert ues Konstantgleichstroms kann dabei durch Verändern des Spannungsteilerverhältnisses R 3', R 3" bzw. > o is operated as a constant current source , whereby its collector current is then divided between the two transistors Trs 1 and 7Vs2 depending on the control status. The value ues constant direct current can be determined by changing the voltage divider ratio R 3 ', R 3 " or

Vt durch Verändern des Wertes von R 9 eingestellt werden. Vt can be adjusted by changing the value of R 9.

Wird der Basis des Transistors Trs 3 am Punkt B, z. B. über einen nicht umgestellten Koppelkondensator, ein Wechselstromsignal zugeführt, so läßt sich mit diesemIf the base of the transistor Trs 3 at point B, e.g. B. via an unconverted coupling capacitor, an AC signal supplied, so can with this

hö das Ausgangssignal A modulieren, solange die durch den Kondensator C4 und den Widerstand R 7 gebildete Zeitkonstamc so groß ist, daß dieses modulierende Wechselstromsignal nicht mit ausgeregelt wird. Eine solche Modulation lißt sich auch an den Basen derHö modulate the output signal A as long as the time constant formed by the capacitor C4 and the resistor R 7 is so large that this modulating alternating current signal is not also regulated. Such a modulation can also be found at the bases of the

hi Transistoren Trs 1 und 7Vs 2 durchführen. Dieses gibt die Möglichkeit eines Einsatzes der erfindungsgemäßen OszillatorschaUung als selbstschwingende Mischstufe. Fig. 7 zeigt schließlich die Abhängigkeit des Pegelshi through transistors Trs 1 and 7Vs 2. This gives the possibility of using the oscillator circuit according to the invention as a self-oscillating mixer stage. 7 finally shows the dependency of the level

ίΛ des Ausgangssignals A eines erfindungsgemällen Oszillators von der Temperatur. Bei einer Änderung der Betriebstemperatur von —10" ... +70⁰C ändert sich die Ausgangsspannung um weniger als ±2%. bc/ogen auf eine mittlere Betriebstemperatur um 30 C. Die Oszillatoren erfüllen also selbst die hohen, an Pilotgeneratoren der Trägerfrequenztechnik gestellten Anforderungen für die Pegelkonstanz.ίΛ of the output signal A of an oscillator according to the invention depends on the temperature. When the operating temperature changes from -10 "... +70 ⁰ C, the output voltage changes by less than ± 2%. Bc / ogen to an average operating temperature of 30 C. The oscillators therefore even meet the high pilot generators of carrier frequency technology requirements for level constancy.

F i g. 8 zeigt nun die Abhängigkeit des Pegels ί Ί des Aiisgangssignals Λ von Schwankungen der Versorgungsspannung //|. wobei vorausgesetzt ist, dall entsprechend Γ i g. 5 oder b Maßnahmen zur Stabilisierung der Stellerspannung des Transistors 7"rs I getroffen wurden. Die geringe Abhängigkeit innerhalb der Grenzen ±20% vom Sollwert entspricht allein den bei solchen Änderungen der Versorgunsspannung / \ erfolgenden Änderungen der Durchbruchsspannung der Zenerdiode Z I.F i g. 8 now shows the dependence of the level ί Ί of the output signal Λ on fluctuations in the supply voltage // |. where it is assumed that Γ i g. 5 or b Measures have been taken to stabilize the control voltage of the transistor 7 "rs I. The slight dependency within the limits of ± 20% of the setpoint corresponds only to the changes in the breakdown voltage of the Zener diode Z I that occur with such changes in the supply voltage.

Hicr/ii 2 BIaIt /.eicliniincenHicr / ii 2 BIaIt /.eicliniincen

Claims

Patent claims:

1. Oscillator with a transistor in the base circuit and a positive feedback from a low-resistance tap of an impedance lying in the Koilektorkreis of the transistor on its emitter, in particular an oscillator for the carrier and / or pilot frequency generation of the carrier frequency technology, characterized in that the collector circuit of the transistor (Trs 1) the AC output voltage taken from the oscillator is rectified and fed to the base of a further transistor (Trs 2) and that the emitter resistor (R 1) of the first transistor (Trs 1) is also the load resistance in the output circuit of the second transistor (Trs 2)

2. Oscillator according to claim I _1, characterized in that the two transistors (Trsi, Trs 2) have the same conductivity type, that the second Trasistor (Trs2) operated in the collector circuit wild and that the emitter resistor (R 1) of the first transistor (Trs2) also the emitter resistance of the second transistor (Trs 2) is (Fig. 3. Fig. 5).

3. Oscillator according to claim 1, characterized in that the two transistors (Trsi, Trs2) have different conductivity types, that the second transistor (Trs2) is operated in the emitter circuit and that the one-emitter resistor (R 1) of the first transistor (Trs 1) also the collector resistance of the second transistor (Trs 2) is (Fig. 4).

4. oscillator according to claim i. characterized in that the output AC voltage is rectified by means of a one-way rectifier (D, C4) (Fig. 3, Fig. 4). »

5. Oscillator according to claim I, characterized in that the rectification of the AC output voltage by means of a voltage doubler circuit (D 5, D 2. C4) takes place (F i g. 5. F i g. 6).

6. Oscillator according to claim 1, characterized in that the common resistor (R 1) consists of the collector-emitter path of a third transistor (Trs3) operated as a constant current source (FIG. 6).