DE2450128C2

DE2450128C2 - Amplitude-controlled generator

Info

Publication number: DE2450128C2
Application number: DE19742450128
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 8905 Mering Thanhäuser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-10-22
Publication date: 1976-12-23

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to a generator according to the Generic term of the patent claim.

In dem Hauptpatent 1766840 wurde bereits ein amplitudengeregelter Generator mit einem Feldeffekttransistor und einem Schwingquarz beschrieben, bei dem in der Gleichstromzuführung des Feldeffekttransistors die Emitter-Kollektor-Strecke eines Regeltransistors angeordnet ist.In the main patent 1766840 an amplitude-regulated generator with a field effect transistor was already and a quartz oscillator described in which in the direct current feed of the field effect transistor the emitter-collector path of a control transistor is arranged.

Diese Schaltung hat den Vorteil, daß man eine schwingkreisfreie Oszillatorschaltung erhält, bei der ein schneller Frequenzwechsel allein durch Auswechseln des Quarzes möglich ist. Man erreicht ferner ei- nen klirrarmen übersteuerungsfreien Betrieb der Schwingstufe.This circuit has the advantage that a resonant circuit-free oscillator circuit is obtained in which a quick frequency change is possible simply by replacing the crystal. One also achieves a NEN low-distortion overdrive-free operation of the vibration stage.

In dem Zusatzpatent 2247160 ist ausgeführt worden, daß bei einem Generator gemäß dem Hauptpatent 1766 840 zwischen Quellenelektrode des Feldeffekttransistors und Kollektor des Regeltransistors eine Induktivität liegt, die so bemessen ist, daß die wechselstrommäßige Parallelschaltung dieser Induktivität über den am Kollektor des Regeltransistors Hegenden Abblockkondensator mit der einen Dreipunktkapazität des kapazitiven Spannungsteilers bei dem Grundton der Dickenscherungsresonanz des Quarzes induktiv und bei der gewünschten Schwingfrequenz kapazitiv ist und daß die Parallelresonanz der Induktivität und des Dreipunktkondensators nur geringfügig oberhalb der Frequenz des Grundtones des Schwingquarzes liegt.In the additional patent 2247160 it has been stated that in a generator according to the main patent 1766 840 between the source electrode of the field effect transistor and collector of the control transistor has an inductance which is dimensioned so that the AC parallel connection of this inductance via the Hegenden at the collector of the control transistor Blocking capacitor with the one three-point capacitance of the capacitive voltage divider the fundamental tone of the thickness shear resonance of the quartz inductively and at the desired oscillation frequency is capacitive and that the parallel resonance of the inductance and the three-point capacitor only is slightly above the frequency of the fundamental tone of the quartz crystal.

Durch die vorgenannten Maßnahmen wird ein Anschwingen bei der Frequenz des Grundtones des Quarzes vermieden, wodurch dieser Generator auch als Obertongenerator verwendet werden kann, was insbesondere im Hinblick auf den Einsatz als Grundgenerator in Trägerfrequenzsystemen von wesentlicher Bedeutung ist.The aforementioned measures cause an oscillation avoided at the frequency of the fundamental tone of the quartz, making this generator too can be used as an overtone generator, which is particularly important with regard to its use as a basic generator is essential in carrier frequency systems.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Generator gemäß dem vorgenannten Zusatzpatent den Schwingquarz vor Überlastung durch einen zu hohen Schwingstrom zu schützen.The object of the present invention is in a Generator according to the aforementioned additional patent, the quartz crystal from being overloaded by a to protect high oscillating currents.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Induktivität eine Diode parallelgeschaltet ist.According to the invention, this object is achieved in that a diode is connected in parallel with the inductance.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutertIn the following, the invention is based on an in The embodiment illustrated in the drawing explained in more detail

Die gesamte Schaltungsanordnung des Generators besteht aus der Schwingstufe mit dem Feldeffekttransistor 71, aus der Regeleinrichtung mit dem Regeltransistor Tl und aus dem dreistufigen Trennverstärker mit den Transistoren 73, TA und TS. The entire circuit arrangement of the generator consists of the oscillation stage to the field effect transistor 71 from the control device with the control transistor Tl and from the three-step isolation amplifier with the transistors 73, TA and TS.

Die Schwingstufe arbeitet in kapazitiver Dreipunktschaltung bzw. Colpitts-Schaltv.ng, bei der aus den beiden Kapazitäten CS und C6ein Spannungsteiler gebildet ist, an dessen einem Ende die Torelektrode des Feldeffekttransistors 71 angeschlossen ist. Weiterhin ist die Quellenelektrode (source) des Feldeffekttransistors 71 mit dem Abgriff und die Abflußelektrode D (drain) mit dem an Massepotential liegenden anderen Ende des Spannungsteilers verbunden. Parallel zu dem Spannungsteiler liegt die Reihenschaltung aus dem Schwingquarz Q, der Parallelschaltung der Varaktordiode Dl mit dem auslötbaren Kondensator Cl sowie dem Trimmer C3 und aus dem auslötbaren Kondensator C4. Zum Zweck der automatischen Frequenznachstellung wird der Varaktordiode Dl über den Widerstand Rl die Nachsteuerspannung U_n zugeführt.The oscillating stage works in a capacitive three-point circuit or Colpitts- switching voltage, in which a voltage divider is formed from the two capacitances CS and C6, at one end of which the gate electrode of the field effect transistor 71 is connected. Furthermore, the source electrode (source) of the field effect transistor 71 is connected to the tap and the drain electrode D (drain) is connected to the other end of the voltage divider which is at ground potential. In parallel with the voltage divider is the series circuit made up of the quartz oscillator Q, the parallel connection of the varactor diode Dl with the solderable capacitor Cl and the trimmer C3 and the solderable capacitor C4. For the purpose of automatic frequency readjustment, the varactor diode Dl is supplied with the readjustment voltage U _{n via the resistor Rl.}

Die Gleichstromzuführung aus dem Versorgungsspannungspotential - U_B zu der Quellenelektrode S des Feldeffekttransistors 71 erfolgt über die Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors Tl, wobei zwischen dieser Quellenelektrode S und dem Kollektor des Regeltransistors Tl die Induktivität L liegt, welcher die Diode DA parallelgeschaltet ist. Der Kollektor des Regeltransistors Tl ist mittels des Abblockkondensators Cl wechselstrommäßig auf Massepotential gelegt; an die Quellenelektrode 5 ist über den Entkopplungswiderstand A4 und den in Serie liegenden Ankoppelkondensator C9 der dreistufige Trennverstärker angekoppelt.The direct current from the supply voltage potential - U _B to the source electrode S of the field effect transistor 71 takes place via the emitter-collector path of the control transistor Tl, with the inductance L between this source electrode S and the collector of the control transistor Tl , to which the diode DA is connected in parallel. The collector of the control transistor Tl is connected to ground potential in terms of alternating current by means of the blocking capacitor Cl; the three-stage isolating amplifier is coupled to the source electrode 5 via the decoupling resistor A4 and the series coupling capacitor C9.

Die Induktivität L ist so bemessen, daß die wechselstrommäßige Parallelschaltung dieser Induktivität über den Abblockkondensator Cl mit der einseitig an Erdpotential liegenden Dreipunktkapazität CS bei dem Grundton der Dickenscherungsresonanz des Schwingquarzes induktiv und beim gewünschten Oberton kapazitiv wirkt. Damit wird ein Anschwingen bei der Frequenz des Grundtones vermieden. Die Parallelresonanz von L und CS soll nicht zu weit oberhalb der Frequenz des Grundtones liegen, um den Einfluß der Induktivität L bei der Sollfrequenz klein zu halten, bei der sodann lediglich eine Verkleinerung des wirksamen Wertes der Kapazität CS durch dieThe inductance L is dimensioned so that the alternating current parallel connection of this inductance via the blocking capacitor Cl with the three-point capacitance CS lying on one side at ground potential acts inductively at the fundamental tone of the thickness shear resonance of the quartz crystal and capacitively at the desired overtone. This avoids an oscillation at the frequency of the fundamental tone. The parallel resonance of L and CS should not be too far above the frequency of the fundamental in order to keep the influence of the inductance L small at the setpoint frequency, at which only a reduction in the effective value of the capacitance CS by the

Induktivität bewirkt wird.Inductance is caused.

Die Amplitudenregelung der Schwingschaltung erfolgt mit Hilfe des als steuerbare Gleichstromquelle arbeitenden Regeltransistors TZ. Beim Anschwingen des Oszillators ist der Transistor T2 durch den Basis- ί vorwiderstand A3 durchgeschaltet, und der Feldeffekttransistor 71 arbeitet mit dem maximal möglichen Abflußstrom und der damit gegebenen Vorwärtssteilheit. Erreicht die Ausgangswechselspannung einen Spitzenwert von 0,6 V, so beginnen die Dioden DI und D3 zu leiten und reduzieren den Basisstrom des Transistors 72, wodurch der Abflußstrom des Feldeffekttransistors 71 so weit sinkt, bis die Vorwärtssteilheit bzw. die Verstärkung den für den stationären Schwingzustand erforderlichen Wert erreicht hat. Als Führungsgröße der Amplitudenregelung dient die Schwellenwertspannung der Dioden DZ und D3. Diese Regelung bewirkt neben der Konstanz der Ausgangsspannung U_a auch eine entspinnende Konstanz des Quarzsiromes, weil die Oszillatorspannung an der Kapazität C5 um den Verstärkungsfaktor des nachgeschalteten dreistufigen Trennverstärkers kleiner ist als die Ausgangsspannung U_m und somit der Quarzstrom auf einen festen Wert von z. B. 100 μΑ geregelt wird, wodurch ausgezeichnete Betriebsbedingungen für Präzisionsobertonquarze hoher Güte geschaffen sind. Die Präzisionsquarze sind andererseits jedoch äußerst empfindlich gegen zu hohe Schwingamplituden und können bereits bei Schwingströmen von 10 mA irreversible Schaden (Lockerung der Elektsodenbelegung) erleiden.The amplitude control of the oscillating circuit takes place with the aid of the control transistor TZ, which operates as a controllable direct current source. When oscillation of the oscillator, the transistor T2 is through the base series resistor ί A3 turned on, and the field effect transistor 71 operates with the maximum possible effluent stream and the resulting given transconductance. When the output AC voltage reaches a peak value of 0.6 V, the diodes DI and D 3 begin to conduct and reduce the base current of the transistor 72, whereby the outflow current of the field effect transistor 71 decreases until the forward steepness or the gain is that for the stationary one Vibration condition has reached the required value. The threshold voltage of the diodes DZ and D3 is used as the reference variable for the amplitude control. In addition to the constancy of the output voltage U _a , this regulation also brings about a relaxing constancy of the quartz sirome, because the oscillator voltage at the capacitance C5 is lower than the output voltage U _m by the gain factor of the downstream three-stage isolating amplifier and thus the quartz current is reduced to a fixed value of e.g. B. 100 μΑ is regulated, which creates excellent operating conditions for high quality precision overtone crystals. On the other hand, the precision crystals are extremely sensitive to oscillation amplitudes that are too high and can suffer irreversible damage (loosening of the electrode occupancy) even with oscillating currents of 10 mA.

Um den Schwingquarz vor Überlastung zu schützen, ist die Diode DA parallel zu der Induktivität L gelegt und hierbei so gepolt, daß ihre Durchlaßrichtung der Richtung des durch die Induktivität L fließenden Gleichstromes entspricht. Im regulären Betrieb bleibt diese Diode D4 ohne Wirkung, da die Wechselspannungsamplitude an der Diode DA weit unter ihrer Schwellenwertspannung liegt. Bei einem Ausfall der Amplitudenregelung, z. B. bei ungewollten Kurzschlüssen während Prüffeldarbeiten oder bei einem Bauteiledefekt, begrenzt die Diode DA den Quarzschwingstrom sicher auf einen ungefährlichen Wert.In order to protect the quartz crystal from overloading, the diode DA is placed parallel to the inductance L and polarized in such a way that its forward direction corresponds to the direction of the direct current flowing through the inductance L. In regular operation, this diode D4 has no effect, since the alternating voltage amplitude at the diode DA is far below its threshold voltage. If the amplitude control fails, e.g. B. in the event of undesired short circuits during test field work or in the event of a component defect, the diode DA safely limits the quartz oscillating current to a safe value.

Die beiden Transistoren 73 und 74 des Trennverstärkers sind vom pnp-Leitfähigkeitstyp. Der dritte Transistor 75 dagegen ist genauso wie der Regeltransistor 72 vom npn-Leitfähigkeitstyp. Die drei Transistoren des Trennverstärkers sind miteinander galvanisch gekoppelt, wobei der Transistor 73 in Kollektorbasisschaltung, der Transistor 74 in Emitterbasisschaltung und der Transistor 75 wiederum in Kollektorbasisschaltung arbeitet. Die Ausgangsspannung U_a fällt an dem Emitterwiderstand RIO des Transistors TS ab und wird über den Kondensator ClO und die Dioden Dl und D3 der Basis des Regeltransistors 72 zugeführt. Der aus den ohmschen Widerständen R5, R6 und RS bestehende ohmsche Spannungsteiler an der Versorgungsspannung legt die notwendigen Gleichstrompotentiale für den Trennverstärker fest, wobei die Basis des Transistors 73 an den Verbindungspunkt der Widerstände RS und R6 und die Basis des Transistors 75 an den Verbindungspunkt der Widerstände Λ6 und RS angeschlossen ist, so daß der mittlere Spannungsteilerwiderstand /?6 gleichzeitig eine ohmsche Gegenkopplung vom Kollektor des Transistors 74 zur Basis des Transistors 73 bildet. Der Verbindungspunkt der Basis des Transistors 74 mit dem Emitter des Transistors 7'3 ist über den Widerstand Rl mit Massepotential verbunden.The two transistors 73 and 74 of the isolation amplifier are of the pnp conductivity type. The third transistor 75, on the other hand, is just like the regulating transistor 72 of the npn conductivity type. The three transistors of the isolation amplifier are galvanically coupled to one another, with transistor 73 operating in a collector-base circuit, transistor 74 in an emitter-base circuit and transistor 75 in turn in a collector-base circuit. The output voltage U _a drops across the emitter resistor RIO of the transistor TS and is fed to the base of the regulating transistor 72 via the capacitor ClO and the diodes Dl and D3. The ohmic voltage divider on the supply voltage, consisting of the ohmic resistors R5, R6 and RS , defines the necessary direct current potentials for the isolating amplifier, with the base of transistor 73 at the junction of resistors RS and R6 and the base of transistor 75 at the junction of the resistors Λ6 and RS is connected, so that the mean voltage divider resistor / 6 forms an ohmic negative feedback from the collector of transistor 74 to the base of transistor 73 at the same time. The connection point of the base of the transistor 74 with the emitter of the transistor 7'3 is connected to ground potential via the resistor R1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Amplitude-controlled generator with a field effect transistor in a quartz-stabilized Colpitts circuit, in which the gate electrode is connected to the beginning of a capacitive voltage divider, the end of which is preferably grounded together with the drain electrode of the field effect transistor, in which the quartz is also connected in parallel with the capacitive voltage divider Tap is connected to the source electrode of the field effect transistor, and in which according to the main patent 1766840 in the direct current supply to the source electrode of the field effect transistor between this and the reference potential, the emitter-collector path of a control transistor is inserted, so that when a control DC voltage is supplied to the base of the control transistor The operating point of the oscillator field effect transistor is regulated accordingly, and in which there is also an inductance between the source electrode of the field effect transistor and the collector of the regulating transistor, which inductance is dimensioned in this way is that the alternating current parallel connection of this inductance via the blocking capacitor located at the collector of the control transistor with the one three-point capacitance of the capacitive voltage divider is inductive at the fundamental tone of the thickness shear resonance of the quartz and capacitive at the desired oscillation frequency, and finally the parallel resonance of the inductance and the three-point capacitor only slightly above the frequency of the fundamental «; of the quartz crystal lies, according to additional patent 2247160, characterized in that a diode ( DA) is connected in parallel to the inductance (L).