DE2556124C3 - Quarzoszillatorschaltung mit wenigstens einem Quarzvibrator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Quarzoszillatorschaltung entsprechend dem Oberbegriff der Patentan-

AO Sprüche I und 2.

Quarzoszillaturschaltungen zur Erzeugung einer quarzstabilisierten Frequenz sind schon z. B. aus der DE-PS 19 49 442 bekannt.

Es ist auch schon eine Quarzoszillatorschaltung mit einem Quarzvibrator bekannt (GB PS 8 09 974). bei der eine Anregungsscl· iltung einen Transistor als aktives Element enthält. Der Quarzvibrator bewirkt dabei eine positive Rückkopplung fur mehrere Frequenzen, und zwar für die Grundfrequenz und die Harmonischen.

wobei die taisächlitne Oszillaiurfrequenz durch die Abstimmung eines Resonanzkreises auf eine der möglichen Frequenzen eingestellt wird, ohne daß der Arbeitspunkt des Transistors verändert wird.

Aus der US-PS 38 26 931 ist es bekannt, innerhalb einer Oszillatorschaliung gleichzeitig zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisende Quarzvibratoren oder ein und denselben Quarzvibralor auf zwei verschiedenen Resonanzfrequenzen zu erregen. Dabei werden jedoch jeweils zwei gesonderte Quarzvibrator· Anregungsschaltungen eingesetzt.

Auch bei einem anderen vorbekannten Quarzoszillator (»Radio-Elcclromcs«, Mai 1961, Seiten 74, 75) sind

—--.Harmonische einer Grundfrcquenz vorhanden. An ein Oszillalorpaar ist ein Diodenmischer angeschlossen,

Weiterhin ist aus der DE-PS 21 24 655 ein Frequenzerzeuger bekannt, bei dem durch Mischung zweier Frequenzen mit Hilfe eines Modulators eine drille Frequenz gewonnen wird. Eine derartige Anordnung

läßt sich insbesondere dann vorteilhaft zur Erzeugung einer Frequenz verwenden, wenn die beiden zu mischenden Frequenzen in einer Einrichtung zur Frequenzerzeugung bereits zur Verfügung stehen. Dies ist beispielsweise in Einrichtungen zur Trägerversorgung für Trägerfrequenz-Übertragungssysteme der Fall, bei denen aus ein und derselben Grundfrequenz eine Vielzahl von Trägerfrequenzen abgeleitet wird.

In diesem Fall stehen die beiden zu mischenden Frequenzen bereits zur Verfügung, so daß der Aufwand für die Erzeugung dieser beiden Frequenzen für die Erzeugung der gewünschten dritten Frequenz praktisch nicht ins Gewicht fällt.

Es gibt jedoch Anwendungsfälle, in denen derartige Ausgangsfrequenzen nicht ohne weiteres zur Verfügung stehen.

Verwendet man zur Erzeugung einer Niederfrequenz eine Oszillatorschaltung mit einem üblichen Niederfrequenz- Biegeschwinger, so können sich bei sehr hohen Anforderungen an die Temperatur-, Alterungs- und Erschütterungs-Stabilität sowie bei der häufig gewünschten Verkleinerung der Geräte Schwierigkeiten ergeben.

Dickenscherungsschwinger sind zwar wesentlich kleiner sowie hinsichtlich der Temperatur. Alterung und Erschütterungen stabiler. Ihre Resonanzfrequenz liegt jedoch im Hochfrequenzbereich.

Werden bei der Frequenzerzeugung gleicizeitig mehrere Frequenzen benötigt, so sind im allgemeinen mehrere Oszillatoren oder zusätzlich zu einem Oszillator Frequenzteiler und/oder Vervielfacher erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Quarzoszillatorschaltung der vorstehend näher bezeichneten Art derart auszubilden, daß sich bei der Erzeugung von einer quarzstabilisierten Frequenz oder mehreren quarzstabilisierten Frequenzen bei hoher Stabilität der Frequenz ein gegenüber vergleichbaren Schaltungen geringerer Aufwand ergibt.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe durch eine den kennzeichnenden Merkmalen des Patentar pruches 1 oder des Patentanspruches 2 entsprechende Ausbildung der Quarzoszillatorschaltung.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß ein und dieselbe Oszillatorschaltung zugleich zur Erzeugung von zwei einander benachbarten quarzstabi lisierten Frequenzen ausgenutzt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Quar/oszillatorschaltung derart ausgebildet, daß das aktive Element Bestandteil eines Amplitudenmodula· tors ist. mit dessen Hilfe ei ie der beiden Quarzfrequen zen mit der Differenzfrequen/ der Resonanzfrequenzen modulierbar ist. Dabei ergibi sich in vorteilhafter Weise ein quar/stabilisierter Differenzton-Oszillator, be: dem ein und dieselbe Anregungsschaltung zwei verschiedene Resonanzfrequenzen sicher anregt.

In Weiterbildung der Erfindung wird an das aktive Element eine Schaltung zur Amplitudenstabilisierung angeschlossen. Dabei kann durch die Schaltung zur Amplitudenstabilisierung der Emitterstrom eines als aktives Element vorgesehenen ersten Transistors und damitdic Steilheit geregelt wcrderi.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Oszillatorschaltung derart ausgebildet, daß einer der beiden Quarzvibratoreh öder beide getrennt ziehbar ist/sind.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich für den Quarzoszillator eine Vervtejfnchung des Zichbereiches.

Bei der Niederfrequenz-Bildung mittels Frequenzteilung bleibt der relative Ziehbereich erhalten. Beim Differenzton-Oszillator hingegen bleibt der absolute Ziehbereich gleich und der relative Ziehbereich wird mit dem Verhältnis der Grundfrequenz zur Differcnzfrequenz vervielfacht.

Die beiden Quarzvibratoren sind bei einer Weiterbildung der Erfindung in ein und demselben Gehäuse angeordnet. Insbesondere sind sie vom gleichen Schwingungstyp und weisen die gleiche Tempera turabhängigkeit der Frequenz auf.

Eine besonders weitgehende Übereinstimmung ihrer elektrischen und thermischen Eigenschaften läßt sich dadurch erzielen, daß die beiden Quarzvibratoren auf einem gemeinsamen Quarzblock angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Quarzvibratoren zur Erzeugung quarzstabiler Schwingungen im Niederfrequenzbereich als Dickenscherungsschwinger ausgebildet, deren Resonanzfrequenz im Hochfrequenzbereich liegt. Auf diese Weise lassen sich quarzstabile Schwingungen im Nied°-frequenzbereich erzeugen, und /war mit Schwingqu'*^r?en wesentlich kleinerer Abmessungen und besserer Stabilität im Vergleich zu üblichen Niederfrequenz-Schwingquarzen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist fur die Differenzfrequenz an den Emitter des ersten Transistors ein Demodulator angeschlossen, wobei die Basis des zweiten Transistors den Eingang und der Ausgang des Demodulators den Ausgang einer Filterschaltung bildet. Dabei zeigt der Differenzton-Oszilhtor zwischen Eingang und Ausgang der aufgetrennten Amplitudenregelleitung ein Filterverhalten für die Differenzfrequenz. Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein aktives Niederfrequenzfilter mit Schwingquarzen kleiner Abmessungen und guter Stabilität.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 12 bis 15 und 17.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, es zeigt

Fig. 1 einen Differenzton-Oszillator.

F g. 2 eine Verwendung des Differen/ton-Os/illators als Niederfrequenzfilter.

Der in F i g. I gezeigte Differen/ton Oszillator besteht aus den Anordnungen 1 und 2. Die Anordnung 1 enthält als aktives Element den npn-Traiisistor 31. der mit seiner Basis an die beiden Schwingquarze 51 ind 52 angeschlossen ist und zugleich am Abgriff eines an Versorgungsspannung + liegenden, aus den Widerstanden 11 und 12 bestehenden Spannungsteilers liegt.

Der Oszillator ist in Dreipunktschaltung aufgebaut. Dabei ist der Kollektor des Transistors 31 über den Kondensator 21 und der Emitter über den Kondensator 25 an Masse geführt. Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 31 liegt der Kondensator 24.

Die Schwingquarze 51 und 52 sind auf der einen Seite zusammengeführt und an die Basis des Transistors 31 angeschlossen. Auf der anderen Seite ist der Schwingquarz 51 über den einstellbaren Kondensator 22 und der Schwingquarz 52 i'jer den einstellbaren Kondensator 23 an Masse geführt.

Der Emitter des Transistors 31 ist ferner über den Widerstand 13 an den Kollektor des npn-Tiansistors 32 geführt. Bei dem Transistor 32 liegt der Emitter an Masse und die Emitter-Kollektor-Strecke ist durch den Kondensator 29 überbrückt.

Der Transistor 33 ist mit seiner Basis an den Emitter des Transistors 31 angeschlossen. Sein Kollektor ist

über den Widerstand 14 an die Versofgungsspan^ llung +, sein Emitter über eine Serichschaltung der Widerstände 15 Und 16 an Masse geführt. Parallel zu dem an Masse liegenden Widerstand 16 ist der Kondensator 26 geschaltet!

Der Kollektor des npn-f ransistors 33 ist über den Kondensator 27 an die Kathode des Gleichrichters 41 geführt, die am Abgriff eines aus den Widerständen 18 und 19 bestehenden, zwischen VersorgungsSpannUng + und Masse liegenden Spannungsteilers liegt. Die Anode cf.zs Gleichrichters 41 liegt ah der Basis des Transistors

32 und ist über den Widerstand 17 an Versorgungsspannung + und über den Kondensator 28 an Masse geführt.

Sind die Resonanzfrequenzen der beiden Schwingungssystcmc bzw. Schwingquarze 51 und 52 dicht benachbart, so ergibt sich die folgende Wirkungsweise:

Nach dem Einschalten der Oszillatorschaltung ist der Rcgellransistor 32 voll durchgeschallet. Nun wird zunächst das Schwingungssystem mit der höheren Güte anschwingen. Die Amplitudenregelung setzt ein. wenn die Hochfrequenz-Spitzenspannung am Widerstand 19 den doppelten Wert der am Widerstand 19 liegenden Gleichspannung erreicht, da nun die Diode 41 leitend wird, so daß sich der Basisstrom des Regeltransistors 32 verringert, wodurch der Emitterstrom des Transistors 31 und damit dessen Steilheit geregelt wird.

Im Rauschspektrum der Rcgelspannung ist auch eine Frequenz enthalten, die gleich der Differenzfrequenz der beiden Schwingungssysleme 51 und 52 ist. Mit dieser Frequenz wird nun die Steilheit des Transistors 31 moduliert. Eines der dabei entstehenden Seilenbänder fällt mit der Frequenz des noch in Ruhe befindlichen Schwingungssystems zusammen, so daß nun auch dieses angeregt wird und eine Schwebung entsteht. Dieses ampliludenmodulierte Signal wird durch den Transistor

33 verstärkt und mit der Diode 41 gleichgerichtet, so daß an der Basis des Regeltransistors 32 die Niederfrequenz erscheint, die der Transistor 32 verstärkt und damit den F.mitterstrom des Transistors 31 moduliert. So ist der Rückkopplungskreis geschlossen.

Die Erfüllung der Phasenbedingung hängt in erster Linie Von der Dimensionierung dreier /?C-G!ieder ab* Von denen ein erstes den Widerstand 17 und den Kondensator 28, ein zweites den Transistor 32 und den Kondensator 29 und ein drittes den Widersland 13 Und den Kondensator 25 enthält; Gegebenenfalls können auch noch weitere phasendrehende Glieder^ insbesondere in die Leitung zur Basis des Transistors 32, eingefügt werden. Aiii Kollektor des Regeliransistors 32, der mit dem Ausgang A 1 verbunden ist, kann die

ιό quarzstabile niederfrequente Spannung in gut gesiebter Forni abgenommen werden.

Auf diese Weise lassen sich quarzstabile Frequenzen insbesondere im Bereich einiger Kilohertz bis einiger 100 kHz erzeugen.

Die Resonanzfrequenzen der beiden Schwingungssystenie 5! und 52 können andererseits weit auseinander liegen. Im Gegensatz zu einer sich selbst begrenzenden Schwingstufe arbeitel der Schwingtransistor 31 dabei infolge der Amplitudenregelung etwa im A-Betricb.

Dadurch ist es möglich, daß mehrere parallel geschaltete Schwingungssysteme gleichzeitig angeregt werden können und beide Frequenzen zur Verfügung stehen.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Niederfrequenz-Filter ist die Anordnung entsprechend F i g. 1 ausgebildet. An den Emitter des in der Anordnung 1 enthaltenen Transistors 31 ist über den Kondensator 202 der Demodulator 6 angeschlossen. Die Basis des Transistors 32 ist über den Widerstand 20 an die Versorgungsspannung + geführt. Der Eingang E isl über den Kondensator 201 an die Basis des Transistors 32 geführt. Der Ausgang A liegt am Ausgang des Demodulators 6.

Mit Hilfe des Widerstandes 20 wird der Emitterstrom des Transistors 31 so eingestellt, daÜ die Schwingquarze 51 und 52 einzeln noch gut anschwingen. Beim Einschalten schwingt zunächst das Schwingungssystem mit der höheren Güte an. Es entsteht nur dann eine Schwebung, wenn das Eingangssignal an der Basis des Transistors 32 gleich der Differenzfrequenz der beiden Schwingungssystemc 51 und 52 ist. Zur Trennung der niederfrequenten Schwebung von der Hochfrequenz ist der Demodulator 6 vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Quarzoszillatorschaltung mit wenigstens einem Quarzvibrator und mit einer ein aktives Element enthaltenden Quarzvibrator-Anregungs-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt des aktiven Elementes (Transistor 31) derart gewählt ist, daß mit Hilfe der Anregungsschaltung gleichzeitig zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisende Quarzvibratoren (Schwingquarze 51,52) erregbar sind.

2. Quarzoszülatorschaliung mit wenigstens einem Quarzvibrator und mit einer ein aktives Element enthaltenden Quarzvibrator-Anregungs-Schaltung. dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt des aktiven Elementes (Transistor 31) derart gewählt ist, daß mit Hilfe der Anregungsschaltung ein und derselbe Quarzvibrator gleichzeitig auf zwei einander benachbarten Resonanzfrequenzen erregt wird.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element (Transistor JT) Bestandteil eines Amplitudenmodulators ist. mit dessen Hilfe eine der beiden Qiiarzfrequenzen mit der Differenzfrequenz der Resonanzfrequenzen modulierbar ist.

4. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das aktive Element (Transistor 31) eine Schaltung (2) zur Amplitudenstabilisierung angeschlossen ist.

5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schaltung (2) zur Amplitudensnb'lisierung der F.mitterstrom eines als aktives Element vorgesehenen ersten Transistors (31) regelbar ist.

6. Oszillatorschaltung i,ath Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß einer der b<. Jen Quarzvibratoren oder beide getrennt /ichbar ist/sind.

7. Oszillatorschaltung nach Anspruch I oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quar/vibratoren in ein und demselben Gehäuse angeordnet sind.

8. Os/illaiorschaltung nach einem der Ansprüche I. 6 und 7. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quarzvibratoren vom gleichen .Schwingungstyp sind

9 Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1. b. 7 und 8. dadurch gekennzeichnet, daß beide Quarzvibratoren die gleiche Temperaturabhängig keit der Frequenz aufweisen

10. Os/illatorschallung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die beulen Quarzvibraloren auf einem gemeinsamen Quar/block angeordnet sind.

11 Oszillatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß /ur Erzeugung quarzstabiler Schwingungen im Niedcrfrequcnzbercich die Quarzvibratoren als Dickenschcrungsschwmger ausgebildet sind, deren Resonanzfrequenz im Hochfrequenzbereich liegt.

12 Oszillalorschallung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Emitterstromes des ersten Transistors (31) ein zweiter Transistor (32) vorgesehen ist, der mit seiner,

_{η r}.".--i insbesondere kapazitiv (Kondensator 29) überbrückten, Emittcr-Kolleklor-Streckc in der Emitterzulcilung des ersten Transistors (31) liegt.

13. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche T bis 12, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Dreipunkt-Oszillator,

14. Oszillatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung als Differenzfrequenz-Erzeuger an den Emitter des ersten Transistors (31) eine einen dritten Transistor (33) enthaltende Transistor-Verstärkerstufe (33,14,15,16,26) für das amplitudenmodulierte Signal angeschlossen ist, daß an den Kollektor des dritten Transistors (33) eine Schaltung (27,18,19,41, 17, 28) zur Gleichrichtung des amplitudenmodulierten Signals angeschlossen ist und daß die gewonnene Niederfrequenz der Basis des zweiten Transistors (32) zugeführt ist.

15. Oszillatorschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Emitter des ersten Transistors (31) über den Verstärker, den Gleichrichter und den zweiten Transistor (32) geführten Rückkopplungskreis ffC-Glieder (17, 28; 32, 29; 13, 25) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Phasendrehung des Rückkopplungskreises einstellbar is*.

16. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 !.dadurch gekennzeichnet,daß an den Emitter des ersten Transistors (31) ein Demodulator (6) angeschlossen ist und daß die Basis des zweiten Transistors (32) den Eingang (E) und der Ausgang des Demodulators (6) den Ausgang (A) einer Filterschaltung für die Differenzfrequenz bildet (Fig. 2).

17. Verfahren r«ir Herstellung einer Oszillatorschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Mischung gewonnene Summen- oder Differenzfrequenz vor dem Verschließen des Gehäuses durch Bedampfen einer der beiden Quarzvibratoren eingestellt wird.