DE2537329B2

DE2537329B2 - Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE2537329B2
Application number: DE19752537329
Authority: DE
Inventors: Jack Somerville NJ. Craft (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-08-21
Filing date: 1975-08-21
Publication date: 1977-01-20
Also published as: US3924202A; FR2282748A1; DE2537329A1; DE2537329C3; JPS5146055A; GB1518303A; BE832596A

Description

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung mit einer Stromquelle, einem Ladungsspeicherelement und einem Schallkreis zum selektiven Ankuppeln des Ladungsspeiche, elements an die Stromquelle. Die Oszillatorschaltung eignet sich besonders gut für die Ausbildung in integrierter Schaltungsform.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Differenzverstärker-Steuertransistoroszillator, der für die Erzeugung z. B. von im wesentlichen symmetrischen Sägezahn- oder Rechteckschwingungen geeignet ist.

Die Erfindung ist besonders nützlich bei der Realisierung eines Oszillators, der für eine phasenstarre Schleifenschaltung, beispielsweise in einer integrierten Vierkanal-Audiodekoderschaltung vom Typ CD-4, oder anderweitige Zwecke, wo ein phasenstarrer Oszillator erwünscht ist, verwendet werden kann.

Es ist allgemein bekannt, einen Oszillator dadurch zu realisieren, daß man ein Energie- oder Ladungsspeicherelement, beispielsweise einen Kondensator, an die Ausgänge einer Konstantstromquelle und einer Konslantstromsenke anschaltet, wobei der Kondensator mit Hilfe eines Schalterelements periodisch über die Stromquelle und die Stromsenke aufgeladen und entladen wird. Derartige Anordnungen arbeiten typischerweise mit getrennten Stromversorgungen für die Quelle und die Senke, wobei jede dieser Stromversorgungen geregelt werden muß, um die richtige Sequenz- und Schwingungsformsteuerung zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Oszillatorschaltung zu schaffen.

Eine Oszillatorschaltung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an die Stromquelle eine Stromsteueranordnung, die einen ersten und einen zweiten Stromweg bildet, angekoppelt ist, daß das Ladungsspeicherelement an den einen dieser Stromwege und eine Stromspiegelanordnung an den anderen dieser Stromwege und an das Ladungsspeicherelement angekoppelt sind, derart, daß die Stromspiegclanordnung und die Stromsteueranordnung abwechselnde Lade- und Entladewege für das Ladungsspeicherelement bilden, und daß der Schaltkreis an das Ladungsspeicherelemenl angekoppeil ist und in Abhängigkeit von dessen Ladungszustand die Strom-

steueranordnung zwecks selektiver Erregung der beiden Stromwege steuert

Bei der vorliegenden Osziliatorschaltung wird die Oszillatoranordnang durch zwei als Differenzverstärker eeschaltete Transistoren betätigt Die Erfindung ist zwar von besonderem Nutzen für dii Anwendung bei intecrierten Schaltungen, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern läßt sich auch mit diskreten Schaltungselementen realisieren.

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe der Aufladung und Entladung des Kondensators eine regelmäßig wiederkehrende oder periodische Schwingungsforra, beispielsweise eine Rechteckschwingung oder eine Sägezahnschwingung erhalten. Der Strom von einem gemeinsamen Transistor wird den Emittern eines ersten und eines zweiten Transistors zugeleitet die zusammen als Stromsteuerschalter arbeiten. Wird der erste Transistor leitend gemacht, so erfolgt eine Aufladung des Kondensators, während bei leitendem zweiten Transistör der Kondensator entladen wird. Die Stromspiegelanordnung die beispielsweise einen an den ersten Transistor angekoppelten Transistor und einer an den zweiten Transistor angekoppelte Diode enthält, kehrt den Strom des ersten Transistors um und koppelt diesen umgekehrten Strom auf den Kondensator. Das System ergibt gleiche Lade- und Entladeraten für den Kondensator. Mit Hilfe einer ebenfalls vorgesehenen Steuerschaltung kann durch Variieren des Stromes des gemeinsamen Transistors die Lade- und Entladerate des Kondensators verändert werden, entsprechend einer Änderung der Schwingfrequenz. Der Schaltkreis ist zusamme' mit einer mitkoppelnden Stromspiegel- oder Umkehranordnung an den Stromsteuerschalter angekoppelt und steuert diesen mit der richtigen Rückkopp-,Uniphase für die Erzeugung von Dauerschwingungen

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert: Es zeigt

Fig.l das Schaltschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten gesteuerten Oszillatorschaltung, die für die Verwendung in einer integrierten Dekoderschaltung

zur Veranschau.i- B₊ eine posi.ve Transistor 9 und der Diodentransistor 10 sind im wesentlichen identisch so ausgebildet, daß sie einen Stromverstärkungstaktor 1 ergeben. Der Kondensator 12 wird über einen ersten Stromweg A von einer

Stromquelle mit den Transistoren 16 und 14 und dem Stromspiegel 100 aufgeladen, wenn der Transistor 14 leitet und der Transistor 15 gesperrt ist

Der Kondensator 12 wird über einen zweiten Stromweg B mittels einer Stromsenke mit den

■o Transistoren 14 und 15 entladen, wenn der Transistor 15 leitet und der Transistor 14 gesperrt ist

Zwischen die Klemme B+ und Masse ist eine Bezugsvorspannanordnung, bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands 13 mit Dioden 17

(dargestellt als zwei Dioden zum Erzeugen von im wesentlichen 2 Vbe oder annähernd 1,4 Volt) gekoppelt Die Dioden 17 liefern die Vorspannung für die Basis des Transistors 15.

Ein Vergleicherschalter- oder Kippkreis 106 ist an dem Kondensator 12 angekoppelt Die Basis eines Transistors 24 im Schalterkreis 106 wird von der Regelanordnung 108 mit der Zenerdiode 29, dem Transistor 26 und dem Widerstand 28 mit einer Bezugsgleichspannung versorgt. Die Bezugsspannung dient als erforderliche Vorspannung, um den Transistor 24 normalerweise in den leitenden Zustand zu spannen, wodurch andererseits der Transistor 23 gesperrt wird, und zwar auf Grund der Differentialschaltung der beiden Transistoren, indem die Transistoren 23 und 24 mit ihren zusammengeschalteten Emittern über den gemeinsamen Widerstand 25 an Masse liegen. Vom Verbindungspunkt der Widerstände *° ""^H ^l erhält auch die Basis des Transistors 14 im ' ter 104 eine Vorspannung.
Ein zweiter Stromsp'
stören 22, 20, einem a
21 und Vorwiderständen 18, 19,
Kollektor des Transistors 24 in
Rückkopplung) geschaltet. Der

Diodentransistor 21 sind im we„

ausgebildet, daß sie mit Stromverstärkungsfaktor 1

arbeiten.
Im Beirieb des Oszillators liefert

SASS= ÄS

di_e ei,

,04 lei« j ^p^

quelle aufgeladen wird, steigt die im Kondensator gespeicherte Spannung oder Ladung linear in einer durch die Parameter der Stromquelle 14 und der Spiegelschaltung 100 bestimmten Weise an. Dieser lineare Spannungsanstieg ist in F i g. 2 dargestellt und umfaßt den ansteigenden Teil der Sägezahnschwingung A.

Wenn die Ladung des Kondensators 12 den Wert Vdci (angegeben in Fig.2) erreicht, so wird der mit seiner Basis an den Kondensator 12 angekoppelte ι ο Transistor 23 leitend. Zugleich wird der Transistor 24 auf Grund der Differentialschaltung der Transistoren 23,24 gesperrt. Die an den Transistor 24 in Mitkopplung (positiver Rückkopplung) angekoppelte Spiegelschaltung 102 setzt den Schaltkreis 106 in die Lage, schnell seinen Zustand zu ändern und damit den Stromsteuerschalter 104 so zu steuern, daß sich abwechselnde Lade- und Entladeintervalle für den Kondensator 12 ergeben. Wenn die Leitfähigkeit des Transistors 24 abzunehmen beginnt, sinkt der Kollektorstrom des Transistors 24 im Stromweg B entsprechend ab. Die Stromspiegelschaltung 102 ergibt gleiche Stromwege D und £. Wenn daher der Kollektorstrom des Transistors 24 im Stromweg D absinkt, so bewirkt der Stromspiegel 102, daß ein verringerter Strom rückkoppelnd auf die Basis des Transistors 24 gekoppelt wird, wodurch der Transistor 24 sehr rasch abgeschaltet oder gesperrt wird. Bei gesperrtem Transistor 24 wird auch der Transistor 14 gesperrt, indem die Spannung an seiner Basis absinkt Die Sperrung des Transistors 14 bewirkt, daß der über den Stromweg Cangekoppelte Stromspiegel 100 entaktiviert wird. Gleichzeitig mit der Sperrung des Transistors 14 und der Spiegelschaltung 100 wird der Transistor 15 auf Grund seiner Differentialkupplung mit dem Transistor 14 und der Vorspannkopplung mit der Diodenanordnung 17 leitend. Wenn der Transistor 14 und die Stromspiegelschaltung 100 nichtleitend sind, so besteht die einzige wirksame Verbindung zum Kondensator 12 über den Strom weg B, an den die Entladestromsenke 15,16 angekoppelt ist und über den der Entladevorgang, dargestellt durch die Rampe »B« in F i g. 2 erfolgt.

Da der Kondensator 12 von einer Konstantstromsenke entladen wird, sinkt die dem Kondensator entnommene Ladung linear in einer durch die Parameter der Stromsenke 15,16 bestimmten Weise ab. Dieser lineare Spannungsabstieg ist in F i g. 2 dargestellt und umfaßt den abfallenden Teil B, der Sägezahnschwingung in Fig.2

Da die Transistoren 14 und 15 auf demselben integrierten Schaltungsplättchen angebracht und so ausgebildet sind, daß sie identische Betriebseigenschaften aufweisen und die gleiche Stromquelle 16 mit dem Kondensator 12 koppeln, sind die Lade- und Entladeraten des Kondensators 12 gleich. Dadurch wird eine im wesentlichen symmetrische Sägezahnschwingung erzeugt, wie in F i g. 2 gezeigt.

Wenn die Spannung am Kondensator 12 auf einen Pegel oder Wert abfällt, der unmittelbar unter den Spannungswert an der Basis des Transistors 24 liegt, so Wird der an den Kondensator 12 angekoppelte Transistor 23 gesperrt Diese Sperrung des Transistors 23 hat zur Folge, daß der Transistor 24 auf Grund seiner Differentialkopplung mit dem Transistor 23 leitend wird. Wenn der Transistor 24 zu leiten beginnt, so steigt sein KoHektorstrom im Stromweg Dentsprechend an.

Durch den Stromspiegei 102 wird eis im gleichen Maße ansteigender Strom auf die Basis des Transistors 24 rückgekoppelt, wodurch der Transistor 24 sehr rasch eingeschaltet oder leitend gemacht wird. Dieser Zustand bewirkt über den Stromsteuerschalter 104, daß die Ladung des Kondensators 12 sich dem Wert der Bezugsspannung Vdci, dargestellt in Fig.2, annähert. Die Stromleitung des Transistors 24 bewirkt dabei, daß der angekoppelte Transistor 14 eingeschaltet oder leitend wird, wodurch wiederum der Transistor 15 sperrgespannt und folglich nichtleitend wird, womit das nächste Ladeintervall des Kondensators 12 eingeleitet wird. Der Kondensator 12 beginnt sich dann mit einer Geschwindigkeit oder Rate aufzuladen, die durch die Rate des von der Konstantstromquelle mit den Transistoren 16,14 und 11 gelieferten Stromes bestimmt ist.

Wenn die Oszillatorschaltung 200 nach F i g. 1 als Oszillatorteil einer phasenstarren Schleife für eine Demodulatorschaltung CD-4 verwendet wird, so kann man die am Widerstand 31 (oder 30) erzeugte Rechteckschwingung als Oszillatorausgangssignal verwenden. Bei einer solchen Anordnung ist ein Eingangs-Bezugssignalgeber 110 (Fig. 1), der typischerweise ein Signal mit einer Frequenz von 30 kHz liefert, an einen Phäsenvergleicher 112 angekoppelt, in dem die Phase des Oszillatorausgangssignals, angeliefert über den Rückkopplungsweg F, mit dem Eingangsbezugssignal verglichen wird. Das Tiefpaßfilter mit dem Widerstand 1 und dem Kondensator 2 bewirkt daß ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt wird. Dieses Fehlersignal wird dem Steuereingang (der Basis des Transistors 3) des Oszillators mit der entsprechenden Polarität zugeleitet um die Phasenabweichung von einem Bezugswert zu minimalisieren. Auf diese Weise werden die Schwankungen des Oszillatorausgangssignals so korrigiert daß die Oszillatorausgangsfrequenz im wesentlichen gleich dem Eingangsbezugssignal ist. Aus dem gleichen Grunde folgt der Oszillator etwaigen Änderungen des Eingangsbezugssignals. Die Mittenfrequenz der Schwingung kann mittels des außerhalb der integrierten Schaltung angebrachten Regelwiderstands 4 verändert werden. Außerdem können die Lade- und Entladeraten des Kondensators 12 und damit die Schwingfrequenz verändert werden. Dies geschieht durch Ändern der Spannung an der Basis des Transistors 3, wodurch der KoHektorstrom des Transistors 16 entsprechend geändert wird und dadurch die Rate der Aufladung und Entladung des Kondensators 12 sich ändert

Weitere Anwendungen sind mit der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 realisierbar. Beispielsweise ist bei Anwendung des Oszillators als Bestandteil einer phasenstarren Schleifenschaltung in einem Vierkanalaudeodekoder vom Typ CD-4 gewöhnlich eine Trägeranwesenheitswahrnehmung und -erfassung vorgesehen. Da der s.pannungsgesteuerte Oszillator in einer phasenstarren Schleife normalerweise auf eine gegenüber dem ankommenden Bezugssignal um 90° verschobene Phase einrastet, kann seine normale Rechteckausgangsschwingung nicht für die Bereitstellung des Bezugssignals im Trägeranwesenheitsdetektor verwendet werden. Jedoch kann bei der Schaltungsanordnung nach Fig.1 ein Teil der symmetrischen Sägezahnschwingung vom Oszillator für das benötigte gleichphasige Bezugssignal verwendet werden. Ein solches Signal kann beispielsweise mittels eines zusätzlichen Emitterf olgertransistors gewomiea werden, dessen Basis an den Kondensator 12 angekoppelt ist Wettere Alternativen oder Verbesserungen ergeben sich dem Durchschnittsfachmann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oszillatorschaltung mit einer Stromquelle, einem Ladungsspeicherelement und einem Schaltkreis zum selektiven Ankoppeln des Ladungsspeicherelements an die Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stromquelle (6, 16) eine Stromsteueranordnung (104), die einen -ersten (A) und einen zweiten (B) Stromv/eg bildet, >o angekoppelt ist; daß das Ladungsspeicherelement (12) an den einen dieser Stromwege und eine Stromspiegelanordnung (100) an den anderen d^:eser Stromwege und an das Ladungsspeicherelement angekoppelt sind, derart, daß die Stromspiegelan-Ordnung und die Stromsteueranordnung abwechselnde Lade- und Entladewege für das Ladungsspeicherelement bHden und daß der Schaltkreis (106) an das Ladungsspeicherelement angekoppelt ist und in Abhängigkeit von dessen Ladungszustand die Stromsteueranordnung zwecks selektiver Erregung der beiden Stromwege steuert.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelanordnung (100) und die Stromsteueranordnung (104) im wesentlichen gleiche Ströme im Lade- und im ■.. Entladeweg liefern.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (6,16) einen im wesentlichen konstanter. Strom liefert.

4. Oszillatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Schaltkreis (106) die beiden Stromwege periodisch alternierend erregt werden.

5. Oszillatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteueranordnung (104) einen ersten und einen zweiten Transistor (14, 15) in Differentialschaltung enthält, die mit ihren Emittern zusammengeschaltet und an die Stromquelle (6,16) angekoppelt mit ihren Kollektoren an die Stromspiegelanordnung (100) bzw. an das Ladungsspeicherelemenl (12) angekoppelt und mit ihren Basen an den Schaltkreis (106) bzw. an eine Vorspannanordnung (17) angekoppelt sind, derart, daß alternierende Intervalle der Leitung und Nichtleitung im ersten und im zweiten Transistor unter Aufladung bzw. Entladung des Ladungsspeicherelements erzeugt wc rden.

6. Oszillatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

der Schaltkreis (106 ) einen ersten und einen

zweiten Transistor (23, 24) in Differentialschaltung sowie eine an den zweiten Transistor (24) angekoppelte zweite Stromspiegelanordnung (102) enthält, wobei die beiden Transistoren mit ihren Emittern zusammengeschaltet, mit ihren Kollektoren an eine Betriebsspannungsquelle (B+) bzw. an die zweite Stromspiegelanordnun)! (102/ angekoppelt und mit ihren Basen an das l.adiingsspeichereleinent (12; bzw. an die Stromsteueranordnung (14, 104) angekoppelt sind, derart, daß die Stromwege selektiv erregt werden.

7. Oszillalorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die periodisch alternierende Erregung des ersten und des zweiten Stromweges am Ladungsspeicherelement (12) eine im wesentlichen sägezahnförmige Spannung erzeugt wird.

8. Oszillatorschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (106 —) einen Ausgang (E) aufweist, an dem eine im wesentlichen rechteckförmige Spannungsschwingung erzeugt wird

9. Oszillatorschaltung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet daß die Rechteckspannung and die Sägezahnspannung um im wesentlichen 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

10. Osziliatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromspiegelanordnung (102) mindestens einen Transistor (20) und eine Diode (als Diode geschalteter Transistor 21) enthält, die mit ihrem Emitter bzw. ihrer Anode an die Betriebsspannungsquelle (B+) angekoppelt, mit ihrer Basis und Kathode zusammengeschaltet und an den Kollektor des zweiten Transistors (24) des Schaltkreises (106) angekoppelt und mit dem Kollektor des Transistors (20) an die Basis des Transistors (24) im Schaltkreis angekoppelt sind.