DE2549943C3

DE2549943C3 - Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation

Info

Publication number: DE2549943C3
Application number: DE2549943A
Authority: DE
Inventors: Armin Ing.(Grad.) 3002 Wedemark Meschke; Wilfried Dipl.-Ing. 3000 Hannover Pohl
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2549943A1; DE2549943B2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation einer durch eine Quarzschaltung stabilisierten Oszillatorschwingung mit einer in Reihe geschalteten modulationsspannungsabhängigen Kapazität, weiche mit einer in Reihe geschalteten Indi Hivität einen auf die Serienresonanzfrequenz des Quarzes abgestimmten Reihenschwingkreis bildet und einer parallel zu dem Quarz geschalteten Neutralisationsinduktiviiät

Verfahren zur Verstimmung der Schwingfrequenz einer Quarzschaltung und Schaltungsanordnungen hierfür sind im technischen Schrifttum eingehend beschrieben. Beispielsweise wird in »Oszillatoren mit Schwingkristall«, Verfasser Prof. Dr. H e r ζ ο g, erschienen im Springer-Verlag, Berlin 1958, in dem auf Seite 2/1 beginnenden Kapitel »Die Veränderung der Resonanzfrequenz von Kristalloszillatoren« eingehend dargelegt wie eine Verstimmung wahlweise durch Reihenschaltung einer veränderlichen Induktivität oder einer Kapazität erfolgen kann. Bei Einsatz der kapazitiven Verstimmung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kapazität des Quarzes, die im Ersatzschaltbild als Parallelkapazität angeordnet ist, durch eine Induktivität in Reihen- oder Parallelschaltung zu neutralisieren. Hierdurch ergibt sich eine Erweiterung des Abstandes der Reihenresonanzfrequenz zur Parallelresonanzfrequenz des Quarzes und damit eine Vergrößerung des Verstimmungsfrequenzhubes.

Durch den Einsatz von Kapazitätsdioden läßt sich in einfacher Weise eine modulationsspannungsabhängige Verstimmung der Quarzoszillatorschaltung erreichen.

Fig. la der Zeichnung zeigt eine solche bekannte Schallung. Dargestellt ist der frequenzbestimmende Zweipol, der, wie noch unten weiter ausgeführt wird, im Rückführungskreis einer Schwingschaltung angeordnet sein kann- Mit C ist die dem Quarz parallelgeschaltete Quarzhalterkapazität bezeichnet, die durch eine Induktivität Li in bekannter Weise neutralisiert wird. In Reihe mit der Parallelschaltung Üegt die von der Modulation«- spannung U_n, abhängige Kapazität Ca die beispielsweise eine Kapazitätsdiode sein kann. Wie bereils ausgeführt, kann die Neutralisation der Quarzkäpäzitäit C auch durch eine Reihenschaltung von L\, wie in F i g. 1 b dargestellt, erreicht werden.

Durch die GB-PS 11 41 755 — Figur 4 — und die US-PS 34 77 039 — Figur 1 — ist es bereits auch bekannt, die in den Fig. la und Ib der Zeichnung dargestellten Neutralisationsarten miteinander zu kombinieren.

Schaltungen der beschriebenen Art zur Frequenzmodulation einer durch eine Quarzschaltung stabilisierten

ίο Oszillatorschwingung weisen erhebliche Nachteile auf. Die Verstimmung der Frequenz erfolgt in dem Frequenzbereich zwischen der Serienresonanz- und Parallelresonanzfrequenz des Quarzes, also nur in der Nähe der Serienresonanzfrequenz. Da jedoch die höchste Frequenzstabilität der Quarzschaltung bei Abstimmung auf die Serienresonanzfrequenz erreicht wird, ist mit den bekannten Schaltungsausführungen eine maximale Frequenzstabilität nicht zu erreichen. Ferner ist der Modulationshub begrenzt, um ein starkes Ansteigen des Modulationsklirrfaktors und eventuelles Abreißen der Grundschwingung, die in der Nähe der Serienresonanzsteüe liegt, bei Annäherung an die Parallelresonanzstelle zu vermeiden.

Mit den bekannten Schaltungsanordnungen werden bei relativ hohen Modulationsspannungen in der Größenordnung von 5 V nur Frequenzhübe von maximal ±5 χ 10-⁴ der Oszillatorschwingung bei Modulationsklirrfaktoren 3% erzielt.

Für batteriebetriebene tragbare Sender, insbesondere zur Übertragung von Tonsignalen in Studioqualität, reicht der oben angeführte Frequenzhub nicht aus, wobei zu berücksichtigen ist, daß aufgrund der geringen Höhe der Betriebsspannung die erforderliche Modulationsspannung nur schwer zu erzeugen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine frequenzmodulierbare Quarzoszillatorschaltung anzugeben, mit der bei maximaler Frequenzstabilität ein hoher Frequenzhub in der Größenordnung ± 1 χ 10—³bis2 χ 10-'mit geringer Modulationsspannung bei geringem Klirrfaktor erreicht wird.

Ausgehend von einer Quarzoszillatorschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist die erfindungsgemäße Schaltung dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus dem Quarz und der Neutralisationsinduktivität gebildeten Parallelschaltungszweig in Reihe mit dem Quarz eine Induktivität geschaltet ist, deren Selbstinduktionswert kleiner als der der Neutralisationsinduktivität ist.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die modulationsspannungsabhängige Kapazität (Cd) aus zwei gegeneinander geschalteten Kapazitätsdioden (Du D₂) besteht.

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei F i g. 2 eine frequenzbestimmende Zweipolschaltung mit dem erfindungsgemäßen Merkmal,

Fig. 3 eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig.4 eine Oszillatorschalturg unter Verwendung des in F i g. 3 dargestellten Zweipols darstellt.

Die in Fig. 2 in Reihe mit dem Quarz liegende Reaktanzschaltung, die ein aus der Induktivität L₂ und der Kapazitätsdiode D gebildeter Reihenschwingkreis ist, ermöglicht den Betrieb des Quarzes auf seiner Serienresonanzfrequenz, womit eine sehr hohe Frequenzstabilität erreicht wird, Durch die zusätzliche Anordnung der Induktivität Li gemäß der Erfindung wird im Zusammenhang mit der NeüträlisätiörisiridüktU

vität L\ der Abstand der Parallelresonanzstelle zu der Serienresonanzstelle des Quarzes vergrößert. Hierdurch wird der Impedanzverlauf des Zweipols flacher und linearer.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die modulationsspannungsabhängige Kapazität aus zwei gegeneinander in Reihe geschalteten Kapazitätsdioden besteht Diese Schaltungsanordnung ist in F i g. 3 dargestellt.

Durch die Reihenschaltung der Kapazitätsdioden D\ und Di wird über einen erheblich vergrößerten Bereich der lineare Zusammenhang zwischen Modulationsspannung und Frequenzänderung erzielt

Durch das Zusammenwirken der angegebenen Schaltungsmaßnahmen entsteht ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erweiterter Frequenzvariationsbereich bei geringen Mcdulationsspannungswerten und gleichzeitig verringertem Klirrfaktor.

In Fig.4 ist beispielsweise eine nach der Erfindung mögliche Oszillatorschaltung dargestellt

Der Transistor T wird in Basis-Grundschaltung betrieben, bei der die rnitkoppelndo Rückführung über die erfindungsgemäße Quarzschaltung vom K-iälektorkreis L₄, C₁, C₂ auf den Emitter erfolgt. Der Diodenarbeitspunkt für eine symmetrische Frequenzvariation wird mit der Diodenvorspannung Ud eingestellt. Die Modulationsspannung U_n, wird über einen Kondensator d eingespeist

Der Selbstinduktionswert der vorteilhafterweise abgleichbaren Induktivität Li ist kleiner als der der Neutralisationsinduktivität L\ zu wählen. Ist der Selbstinduktionswert der Induktivität L₃ gleich Null, so ist eine Schaltungsanordnung bekannter Art vorhanden; wird der Selbstinduktionswert von Lj größer als der der Neutralisationsinduktivität Lt gewählt, so besteht die Gefahr einer vom Quarz nicht mehr beeinflußten, also freien Schwingung. Ein Selbstinduktionswert für die Induktivität L₃ größer als Null und gleich beziehungsweise kleiner der der Neutralisationsinduktivität bewirkt jedoch im Sinn der Erfindung eine Erhöhung der Empfindlichkeit und des Frequenzhubes. In der Praxis hat sich ein Wert für Lj von ungefähr 0,5 bis 0,8-fachem Selbstinduktionswert von L\ als Optimum erwiesen. Durch einfachen Induktivitätsabgleich kann dieses Optimum bezüglich der Frequenzstabilität der erforderlichen Modulationsspannung und des Modulationsklirrfaktors erreicht werden. Eine Oszillatorschcltung gemäß der F i g. 3 weist beispielsweise im Frequenzbereich von 12 MHz eine Frequenzstabilität von kleiner 2 χ 10-⁵ im Bereich von —10° C bis +50° C, eine erforderliche Modulationsspannung v-ä etwa 1 V eff für ±14 kHz Frequenzhub und einen Klirrfaktor von kleiner 1 % für diesen Hub auf.

Durch die hohe Frequenzstabilität einerseits und den großen linearen Frequenzhubbereich andererseits kann die Schaltungsanordnung sowohl in schmalbandigen Nachrichtenübertragungssystemen mit engem Kanalraster, als auch in breitbandigen Systemen für hochwertige Übertragung angewendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation einer durch eine Quarzschaltung stabilisierten Oszillatorschwingung mit einer in Reihe mit dem Quarz geschalteten modulationsspannungsabhängigen Kapazität, weiche mit einer in Reihe geschalteten Induktivität einen auf die Serienresonanzfrequenz des Quarzes abgestimmten Reihenschwingkreis bildet und einer parallel zu dem Quarz geschalteten Neutralisationsinduktivität, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus dem Quarz und der Neutralisationsinduktivität (Li) gebildeten Parallelschaltungszweig in Reihe mit dem Quarz eine Induktivität (T₃) geschaltet ist, deren Selbstinduktionswert kleiner als der der Neutralisationsinduktivität ist.

2. Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die modulationsspannungsabhängige Kapazität (Cd) aus zwei gegeneinander in Reihe geschalteten Kapa-tiiätsdioden (D\, Lh) besteht.