DE2413146C3 - Breitbandige Oszillatorschaltung - Google Patents

Description

verbunden, der von der Verstärkereinstellschaltung in Abhängigkeit von den Regelsignalen zur Einstellung der Amplitude der Oszillatorschwingungen beeinflußt wird. Dabei wird zur Konstanthaltung der Amplitude der Oszillatorschwingung der gesamte über den Verstärker fließende Strom eingestellt. Bei dieser bekannten Oszillatorschaltung findet im Rückkopplungsz veig vom Kollektor des einen Transistors zu seiner Basis ein Resonarc/schwingkreis Verwendung, mit dem die Oszillatorfrequenz eingestellt wird.

Für die Erzeugung von Regelsignalen, um die Ausgangsfrequenz eines Oszillators zu ändern, ist es bereits bekannt (DT-AS 12 51 388), einen Differenzverstärker vorzusehen, der an seinem einen Eingang mit einer Steuergleichspannung und an seinem anderen Eingang mit einer von der Oszillatorausgangsfrequenz abgeleiteten Bezugsspannung beaufejhlagt wird. Der Differenzverstärker liefert ein Regelsignaf, wenn die Steuerspannung und die Bezugsspannung eine unterschiedliche Größe aufweisen.

Es ist auch bereits eine Oszillatorschaltung bekannt (DT-AS 20 34 990), bei der zwei parallelgeschaltete Oszillatortransistoren auf der Emitterseite durch ein frequenzbestimmendes Netzwerk miteinander verkoppelt sind. Die Kollektoren dieser Transistoren sind über weitere Transistoren an die Versorgungsspannung angelegt, wodurch ohmische Widerstände im Kollektorkreis entfallen. Die miteinander verbundenen Kollektoren des als Last wirkenden weiteren Transistoren und des Oszillatortransistors sind mit der Basis des anderen Oszillatortransistors und mit der des anderen Lasttransistors verkoppelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine breitbandige Oszillatorschallung zu schaffen, die eine sinusförmige Oszillatorschwingung liefert. Die sinusförmige Oszillatorschwingung soll ohne die Notwendigkeit der Verwendung von abgestimmten Schwingkreisen erzeugbar sein. Ferner soll die Oszillatorschaltung mit erheblich verringerter Verlustleistung im Kristall arbeiten und damit die Stabilität der Schwingung verbessern. Eine derartige Oszillatorschaltung soll ferner in einfacher Weise in integrierter Schaltkreisform herstellbar sein.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Oszillatorschaltung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei den zwei Transistoren des Verstärkers die lastseitige Kollektorelektrode des ersten Transistors mit der steuerseitigen Basiselektrode des zweiten Transistors und die lastseitige Kollektorelektrode des zweiten Transistors mit der steuerseitigen Basiselektrode des ersten Transistors gekoppelt sind, daß das frequenzbestimmende Netzwerk die Emitterelektroden der beiden Transistoren miteinander verkoppelt und daß die Verstärkungseinstellschaltung den durch einen Zweig des Verstärkers fließenden Strom in Abhängigkeit von den Regeisignalen zur Einstellung der Amplitude der Osziüaiorschwingung beeinflußt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Eine die Merkmale der Erfindung in vorteilhafter Weise verwirklichende Oszillatorschaltung umfaßt einen emittergekoppelten, als Differenzverstärker aufgebauten Oszillator, wobei die Emilterkopplung über ein frequenzbestimmendes Netzwerk erfolgt. Mit Hilfe einer Abtast- bzw. Detektorschaltung wird die Amplitude der Oszillatorschwingung festgestellt und ein Regelsignal abgeleitet, um einen weiteren Differenzverstärker anzusteuern, der einen Strom vom Differenzverstärker des Oszillators ableiten kann, um dessen Verstärkung zu verringern, wenn die Amplitude der Oszillatorschwingung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Diese Schaltungsmaßnahmen stellen eine Verstärkungsregelung dar, mit der innerhalb des linearen Bereiches ein optimales sinusförmiges Ausgangssignal erzeugt werden kann und die dem frequenzbestimmenden Netzwerk zugeführte Leistung begrenzt wird.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung, welche die Schaltung eines Sinusoszillators gemäß der Erfindung darstellt.

Der Oszillator 10, der in seinen wesentlichen Bestandteilen als integrierte Schaltung aufgebaut sein kann, umfaßt Transistoren 12, 14, 16 und 18, die kreuzweise derart miteinander gekoppelt sind, daß die Emitter der Transistoren 12 und 14 an die Basis der Transistoren 18 bzw. 16 angeschlossen und die Kollektoren der Transistoren 16 und 18 mit der Basis der Transistoren 12 bzw. 14 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 16 und 18 sind über ein frequenzbestimmendes Netzwerk zusammengeschaltet, welches bei der vorliegenden Ausführungsform aus einem Piezokristall 20 und einem Kondensator 22 besteht. Die Vorspannung für den Oszillator liefern zwei als Stromquellen wirksame Transistoren 24 und 26, die an die Emitter der Transistoren 16 und 18 über Transistoren 28 bzw. 30 angeschlossen sind. Zwei Transistoren 32 und 34 sind mit entsprechenden Transistoren 28 und 30 emittergekoppelt, wodurch Differenzverstärker 29 und 35 gebildet werden. Die Kollektoren der Transistoren 32 und 34 sind an entsprechende Widerstände 36 bzw. 38 angeschlossen, die auch an den Kollektoren der Transistoren 16 bzw. 18 sowie der Basis der Transistoren 12 bzw. 14 und der Stromversorgung A+ liegen. Die Vorspannung für die Konstantstromtransistoren 24 und 26 und die Differenzverstärker 29 und 35 wird von einem Vorspannungsnetzwerk 39 geliefert, das aus einer Diode 41 sowie Transistoren 40,42,44,46,48 und 50 besteht. Obwohl in der Darstellung ein spezielles Vorspannungsnetzwerk gezeigt ist, kann jedoch hierfür jegliche Schaltungskonfiguration Verwendung finden, die die erforderlichen Vorspannungen für den Oszillator liefert. Ein Differenzverstärker 49 aus den Transistoren 52 und 54 und einem Transistor 56 als Stromquelle ist mit dem Oszillator 10 derart verbunden, daß die Basis der Transistoren 52 und 54 an die Emitter der Transistoren 12 bzw. 14 angeschlossen sind und mit gegenphasigen Signalspannungen beaufschlagt werden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 49 am Kollektor des Transistors 52 und des Transistors 54 ist jeweils an die Basis eines Transistors 58 bzw. 60 in einer Detektorschaltung 59 angeschlossen. Diese Detektorschaltung umfaßt ferner eine Diode 62, deren Anode an den Emittern der Transistoren 58 und 60 iiegt, und deren Kathode mit einem Kondensator 64 verbunden ist, der grundsätzlich kein Teil der integrierten Schaltung darstellt. Der Ausgang der Detektorschaltung am Verbindungspunkt der Diode 62 mit dem Kondensator 64 ist mit der Basis der Transistoren 32 bzw. 34 des Differenzverstärkers 29 und 35 verbunden. Die Basis zweier als Emitterfolger geschalteter Transistoren 66 und 68 liegt am Ausgang des Differenzverstärkers 49, wogegen die Emitter dieser Transistoren.66 und 68 mit Ausgangsklemmen 70 und 72 verbunden sind, an denen ein gegenphasiges Ausgangs-

signal anliegt. Diese als Emitterfolger geschalteten Transistoren entkoppeln den Differenzverstärker 49 gegen die Ausgangsklemmen 70 und 72.

Im Betrieb stellen die Transistoren 12 und 14 eine positive Rückkopplungsstrecke zwischen den Transistoren 16 und 18 dar, so daß für den Fall, daß der Transistor 16 zu leiten beginnt, die Kollektorspannung dieses Transistors abfällt. Dieser Spannungsabfall wird über den Transistor 12 an die Basis des Transistors 18 übertragen und bewirkt, daß dieser Transistor weniger leitend wird. Die Verringerung des Stromes im Transistor 18 bewirkt einen Anstieg der Kollektorspannung, der auf die Basis des Transistors 16 über den Transistor 14 gekoppelt wird und dadurch den Transistor 16 stärker leitend macht. Die Rückkopplungsstrecke wird zwischen den Emittern der Transistoren 16 und 18 über das frequenzbestimmende Netzwerk vervollständigt, das den Piezokristall 20 und den Kondensator 22 umfaßt. Diese bewirken eine niedrige Impedanz zwischen den Emittern bei ihrer Resonanzfrequenz und halten damit den Oszillator bei der Resonanzfrequenz des frequenzbestiminenden Netzwerkes im Schwingungszustand. Das Ausgangssignal des Oszillators wird im Differenzverstärker 49 verstärkt und gegenphasig an die Ausgangsklemmen 70 und 72 über die als Emitterfolger geschalteten Transistoren 66 und 68 übertragen.

Die Ausgangssignale des Differenzverstärkers werden auch über die Transistoren 58 und 60 an die gleichrichtende Diode 62 zur Verstärkungsregelung übertragen. Diese Signale weiden an der Diode 62 gleichgerichtet und vom Kondensator 64 gefiltert, so daß sich an dem Kondensator 64 eine Gleichspannung ausbildet, deren Niveau proportional der Amplitude des Wechselstromsignals des Oszillators 10 ist. Wenn die Spannung am Kondensator 64 ansteigt, wird auch die in Durchlaßrichtung wirksame und über die Detektorschaltung an die Transistoren 32 und 34 angelegte Vorspannung größer und bewirkt, daß die Transistoren 32 und 34 mehr Strom führen. Da die Transistoren des Differenzverstärkers 29 sowie des Differenzverstärkers 35 an einer gemeinsamen Stromquelle hängen, nämlich den Transistoren 24 und 26, löst eine Vergrößerung des von den Transistoren 32 und 34 gezogenen Stromes eine entsprechende Verkleinerung des über die Transistoren 28 und 30 fließenden Stromes aus. Damit nimmt mit ansteigender Amplitude des Wechselstromsignals vom Oszillator 10 der über die Oszillatortransistoren 16 und 18 fließenden Strom als Folge des über die Transistoren 28 und 30 fließenden Stromes ab. Daraus ergibt sich, daß sich die maximale Stromführung über die Transistoren 16 und 18 aus einer minimalen Amplitude des Wechselstromsignals herleitet. Die sich ergebende Verringerung des Stromes über die Transistoren 16 und 18 führt zu einer Verringerung des Stromes über die Widerstände 36 und 38 und damit zu einer Verringerung der sich daran ausbildenden Wechselspannung, womit die Ausgangsspannung des Oszillators entsprechend verringert wird.

Obwohl die Wechselkomponente der Spannung an den Widerständen 36 und 38 infolge eines abnehmenden Stromflusses über die Transistoren 16 und 18 kleiner wird, bleibt die Gleichspannung an diesen Widerständen im wesentlichen konstant, wodurch die an die Transistoren 12 und 14 angelegte Vorspannung unbeeinflußt bleibt. Der Strom über den Widerstand 36 bestimmt sich aus der Summe der über den Transistor 32 und die Serienschaltung der Transistoren 16 und 28 fließenden Ströme. Da jede Amplitudenänderung des über den Transistor 32 fließenden Stromes mit einer entgegengesetzten Amplitudenänderung des über die Serienschaltung der Transistoren 16 und 28 fließenden Stromes verbunden ist, bleibt auch der über die zwei parallelen Zweige fließende Strom im wesentlichen konstant, womit ein im wesentlichen konstanter Vorspannungsstrom über den Widerstand 36 aufrechterhalten wird. Der Strom über den Widerstand 38 wird in entsprechender Weise konstant gehalten. Die Vorspannungen des Oszillators 10 bleiben im wesentlichen konstant, unabhängig von dem Verhältnis des über die Transistoren 32 und 34 abgeleiteten Stromes.

Durch eine entsprechende Auswahl des Betrags des über die Transistoren 32 und 34 fließenden Stromes kann die Verstärkung des Oszillators 10 eingestellt und damit sichergestellt werden, daß der Oszillator 10 im linearen Bereich arbeitet und somit ein im wesentlichen sinusförmigen Ausgangssignal abgibt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit von externen Filterschaltungen, z. B. in Form von Resonanzkreisen, um unerwünschte Harmonische vom Ausgangssignal zu entfernen. Mit Ausnahme des frequenzbestimmenden Netzwerkes sind alle Schaltungsteile des Verstärkers breitbandig, so daß die Frequenz des Oszillators leicht durch eine Änderung des frequenzbestimmenden Netzwerkes eingestellt werden kann.

Die Schaltung gemäß der Erfindung ließ sich bei einem ausgeführten Beispiel über einen Frequenzbereich von mehr als einer Dekade verstimmen, ohne daß irgendwelche Komponenten außer dem frequenzbestimmenden Netzwerk geändert werden mußten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Breitbandige Oszillatorschaltung mit einem zwei Transistoren enthaltenden Verstärker, bei dem der Kollektor eines der beiden Transistoren mit der Basis des anderen Transistors gekoppelt ist, und mit einer frequenzbestimmenden Rückkopplungsschaltung sowie einer mit dem Verstärker gekoppelten Schaltung zur Überwachung der Amplitude der Oszillatorschwingung und zur Erzeugung von Regelsignalen, mit welcher eine Verstärkungseinstellschaltung verbunden ist, die in Abhängigkeit von den Regelsignalen die Amplitude der Oszillatorschwingnng innerhalb eines vorgegebenen Bereiches hält, dadurch gekennzeichnet, daß bei den zwei Transistoren (16, J8) des Verstärkers (10) die lastseitige Kollektorelektrode des ersten Transistors (16) mit der steuerseitigen Basiselektrode des zweiten Transistors (18) und die lastseitige Kollektorelektrode des zweiten Transistors (18) mit der steuerseitigen Basiselektrode des ersten Transistors (16) gekoppelt sind, daß das frequenzbestimmende Netzwerk (20, 22) die Emitterelektroden der beiden Transistoren (16,18) miteinander verkoppelt und daß die Verstärkungseinstellschaltung (2S, 35) den durch einen Zweig des Verstärkers fließenden Strom in Abhängigkeit von den Regelsignalen zur Einstellung der Amplitude der Oszillatorschwingung beeinflußt.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung von der lastseitigen Kollektorelektrode des ersten bzw. zweiten Transistors (16 bzw. 18) zur steuerseitigen Basiselektrode des zweiten bzw. ersten Transistors (18 bzw. 16) über jeweils einen weiteren Transistor (12 bzw. 14) in Emitterschaltung erfolgt.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinstellschaltung (29,35) in Serie zu dem den ersten und zweiten Transistor (16,18) enthaltenden Verstärker (10) geschaltet ist und jeweils einen Stromweg über die Kollektor-Emitterstrecke des ersten bzw. zweiten Transistors (16 bzw. 18) sowie einen zu den beiden Transistoren parallel verlaufenden Stromweg derart schafft, daß die Gleichspannung an der lastseitigen Kollektorelektrode der Transistoren (16, 18) im wesentlichen konstant gehalten wird, wenn sich der Strom über den ersten bzw. zweiten Transistor (16,18) ändert.

4. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinstellschaltung (29, 35) einen Differenzverstärker mit jeweils zwei Transistoren (28,32; 30,34) enthält, bei denen die Basiselektrode jeweils eines Transistors (32, 34) mit der Schaltung (49, 59) zur Überwachung der Amplitude der Oszillatorschwingung gekoppelt ist und mit den Regelsignalen beaufschlagt wird, daß die Kollektorelektrode des einen Transistors (32) des Differenzverstärkers mit der lastseitigen Kollektorelektrode des ersten Transistors (16) des Verstärkers (10) und der Kollektor des anderen Transistors (34) des Differenzverstärkers mit der lastseitigen Kollektorelektrode des zweiten Transistors (18) verbunden sind und jeweils den parallelen Stromweg bilden, wogegen die jeweils anderen Transistoren (28, 30) der Differenzverstärker (29, 35) in Serie zu dem ersten Transistor (16) bzw. dem zweiten Transistor (18) des Verstärkers (10) geschaltet sind und den über diese Transistoren fließenden Strom beeinflussen.

5. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Überwachung der Amplitude der Oszillatorschwingung einen weiteren Differenzverstärker (52, 54) umfaßt.

ϊ5 Die Erfindung betrifft eine breitbandige Oszillatorschaltung mit einem zwei Transistoren enthaltenden Verstärker, bei dem der Kollektor eines der beiden Transistoren mit der Basis des anderen Transistors gekoppelt ist, und mit einer frequenzbestimmenden

ω Rückkopplungsschaltung sowie einer mit dem Verstärker gekoppelten Schaltung zur Überwachung der Amplitude der Oszillatorschwingung und zur Erzeugung von Regelsignalen, mit welcher eine Verstärkungseinstellschaltung verbunden ist, die in Abhängigkeit von den Rogelsignalen die Amplitude der Oszillatorschwingung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches hält.

Es ist eine Vielzahl von Anwendungsfällen bekannt, für welche sinusförmige HF-Schwingungen mit einer stabilen Frequenz benötigt werden. Dies kann z. B. bei

jo dem Bezugsoszillator in einem HF-Sender oder bei dem Überlagerungsoszillator in einem HF-Empfänger der Fall sein. Auch für digitale Anwendungsfälle sind derartige Oszillatoren, die eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz liefern, von Bedeutung.

Oszillatorschaltungen, die eine sinusförmige Oszillatorschwingung abgeben, sind in großer Vielzahl bekannt. In der Regel werden Verstärker mit einer Rückkopplungsschleife verwendet, welche das frequenzbestimmende Element in einer solchen Schaltung darstellt und aus einem Schwingkreis oder einem Schwingkristall bestehen kann. Mit solchen Schaltungen sind sinusförmige Oszillatorschwingungen zu erzeugen, jedoch muß die Verstärkung des Verstärkers verhältnismäßig groß sein, um das Anschwingen des Oszillators sicherzustellen. Bei einer solchen großen Verstärkung bereitet es Schwierigkeiten, ein sinusförmiges Ausgangssignal zu schaffen, da eine Begrenzerwirkung auftritt. In diesem Fall ist ein Resonanzkreis erforderlich, um das sinusförmige Ausgangssignal zu erhalten. Es gibt viele Anwendungsfälle, in welchen innerhalb eines breiten Frequenzbandes eine sinusförmige Schwingung benötigt wird, wobei abstimmbare Schwingkreise Verwendung finden, die jedoch erhebliche Schwierigkeiten bei der Verwirklichung derartiger Oszillatorschaltungen in integrierter Schaltkreistechnik bereiten. Wenn überdies ein piezoelektrischer Resonator als frequenzbestimmendes Element in dem Oszillator verwendet werden soll, wird von dem mit hoher Verstärkung arbeitenden Verstärker eine beträchtliche Leistung an den Resonator abgegeben, was zu einem frühzeitigen Altern eines solchen Resonators und zu einer Beeinträchtigung der Stabilität der Oszillatorschwingung führen kann.
Bei einer Oszillatorschaltung der eingangs erwähnten Art, die zur Erzeugung von rechteckförmigen Schwingungen dient (US-PS 36 65 342) sind die Emitter der beiden Transistoren des Verstärkers zusammengeschaltet und mit einem stromeinprägenden Transistor