DE2617737C2

DE2617737C2 - Schaltungsanordnung zur Temperatur-Kompensation eines Kristalloszillators

Info

Publication number: DE2617737C2
Application number: DE2617737A
Authority: DE
Inventors: Anthony Francis Chicago Ill. Keller; Dennis Fisher Bensenville Ill. Marvin
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1975-04-25
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1986-01-16
Also published as: JPS6035618U; JPS51139751A; DE2617737A1; GB1508551A; US3970966A; CA1038050A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Temperatur-Kompensation eines Kristalloszillators, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 24 36 857 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist keine linear veränderbare Steuerspan nung für den mittleren Temperaturbereich gegeben. Die Schaltung für den mittleren Temperaturbereich umfaßt lediglich einen Spannungsteiler mit zwei Widerständen, so daß eine konstante Steuerspannung für den mittleren Temperaturbereich geliefert wird. Diese konstante Steuerspannung beeinflußt die Emitter der Steuertransistoren für den oberen und unteren Temperaturbereich. Diese bekannte Schaltung leidet somit unter dem Nachteil, daß eine Beeinflussung des mittler an Temperaturbereiches zwangsläufig zu einer Veränderung der entsprechenden Betriebstemperaturbereiche für die höhere und die niedrigere Temperatur führen muß. Es werden also die entsprechenden Temperatur-Kompensationsschaltungen beeinflußt so daß dadurch verhält'S nismäßig komplizierte und aufwendige erneute Einstellungen oder Justierungen dieser Schaltungen erforderlich sind, um die gewünschte Kennlinie zu erreichen. Es wird somit durch eine Einstellung der Schaltung für die mittlere Temperatur jedesmal eine erneute Einstellung vieler Bauelemente in den entsprechenden Schaltungen für die obere und for die untere Temperatur notwendig, um nicht nur die Größe der Signalveränderungen einzustellen, die durch diese Schaltungen geliefert werden, sondern vielmehr auch dazu, den für diese Schaltungen gewünschten Einflußbereich zu bestimmen. Es ist mit der bekannten Schaltung praktisch kaum möglich, die Temperaturkompensation derart einzustellen, daß eine beliebige vorgegebene Kompensationskennlinie erreicht wird.

Weiterhin ist aus der DE-OS 15 91 210 eine Schaltungsanordnung zur Kompensation des Temperaturganges eines Oszillators bekannt, bei der ein Netzwerk mit kubischem Temperaturverhalten und ein Netzwerk mit linearem Temperaturverhalten jeweils gemeinsam über den gesamten Temperatur-Kompensationsbereich wirksam sind Dies bedeutet daß diese bekannte Schaltungsanordnung keine getrennte oder unabhängige Schaltungseinrichtung vorsieht, deren Einfluß auf die Kompensation auf einen spezielle-:■. Betriebstemperaturbereich eingeschränkt wäre, welcher durch das Ein schalten einer Halbleitereinrichtung festgelegt werden kann.

Weiterhin ist aus der DE-OS 15 16 863 ein transistorisierter »Butler-Oszillator« bekannt bei dem der Basis- « spannungsteiler eines der Transistoren durch Verwendung von temperaturunabhängigen und temperaturabhängigen Widerständen derart dimensioniert ist, daß letztlich die Temperaturabhängigkeit der Frequeaz des Quarzes verkleinert ist Die hierzu vorhandenen Transiso stören sind ständig im Betrieb, da andernfalls der Kristalloszillator nicht arbeiten würde und eine Unterbrechung in der Schwingungsrückkoppiung auftreten müßte.

Schließlich ist aus der US-PS 31 76 244 eine Temperaturkompensation für einen Quarz bekannt, bei der meh rere Dioden zusammen mit einer den Kristall überbrükkenden kapazitiven Last und einer Brückenschaltung benutzt werden, um die Frequenz zu stabilisieren und Einflüsse der Umgebungstemperatur auszugleichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welche eine besonders einfache und zugleich genaue Temperaturkompensation für eine beliebige vorgegebene Kristall-Kennlinie ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 niedergelegten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Aus-

führungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine grafische Darstellung der Frequenz über der Temperatur für drei typische temperaturabhängige Kristalle (AT-Kristalle),

Fig.2 eine Kombination aus einem Blockschaltbild und einem srbematischen Diagramm für die Schaltung eines Kristalloszillators und die erfindungsgemäße Temperaturkompensationsschaltung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Äquivalenzschaltung eines Teils der in der F i g. 2 veranschaulichten Kompensationsschaltung,

F i g. 4A eine grafische Darstellung, welche den Strom über der Zeit darstellt, und zwar für bestimmte, in der F i g. 3 veranschaulichte Bauteile, und

F i g. 48 eine grafische Darstellung des Gesamtstroms durch ein in der F i g. 3 dargetelltes Bauelement, wobei auch die resultierende Kompensationsausgangsspannung als Funktion der Temperatur dargeteüt ist.

In der F i g. 1 sind drei Kennlinien dargestvUt, bei welchen die Frequenz über der Temperatur aufgetragen ist Die drei Kennlinien 10,11 und 12 beziehen sich auf drei verschiedene, nicht-kompensierte AT-Kristalle. Gemäß der Darstellung weist jede der Kurven einen kubischen Verlauf (einen Verlauf dritter Ordnung) auf, einschließlich eines nicht-linearen Abschnittes, der in einem Bereich niedriger Temperatur (-35° C bis +10⁰C) eine Veränderung in der Neigung erfährt, und jede Kennlinie hat weiterhin einen im wesentlichen linearen Abschnitt, der in einem mittleren Temperaturbereich (+10⁰C bis + 5O⁰C) einen Wendepunkt 12/4 aufweist, und jede Kennlinie hat schließlich einen nicht-linearen Abschnitt, der in einem Bereich hoher Temperatur ( + 50⁰C bis +90⁰C) eine weitere Änderung der Neigung aufweist Eine Änderung in der Neigung ist als eine Änderung von einer positiven Steigung zu einer negativen Steigung oder umgekehrt definiert.

Die Kur .en 10,11 und 12 haben ihre entsprechenden Wendepunkte in demselben Punkt i2A, der einer Temperatur von etwa 26,5°C entspricht, die für alle AT-Kristalle charakteristisch ist. Sie unterscheiden sich etwas voneinander hinsichtlich der Temperatur, bei welcher die Änderungen in der Neigung auftreten, sie unterscheiden sich jedoch wesentlich voneinander im Hinblick auf das Steigungsmaß, welches jeweils ihr im wesentlichen linearer mittlerer Abschnitt aufweist. Somit zeigt die F i g. l.daß AT-Kristalle stark unterschiedliche Frequenz-Temperatur-Kennlinien haben können. Deshalb muß eine wirksame Kompensationsschaltung dazu in der Lj.ge sein, eine entsprechende Temperaturkompensation für einen Kristall durchzuführen, der eine Kennlinie aufweist, welche einer in der F i g. 1 veranschaulichten Kennlinie entspricht.

Gemäß Fig. 2 ist ein Kristalloszillatoi 15 durch eine Kompensationseinrichtung 16 temperaturkompensiert, welche eine Steuerspannung an eine Varaktordiode 17 liefert, die mit dem Oszillator verbunden ist, um dessen Resonanzfrequenz zu steuern. Die Einzelheiten des Oszillators 15 und seiner Verbindung mit der Varaktordiode 17 sind nicht dargestellt, da die Technik der Steuerung der Resonanzfrequenz eines Kristalloszillators durch Anwendung einer Spannung auf eine Varaktordiode grundsätzlich bekannt ist. Die Spannungserzeugungsschaltung 16 erzeugt eine Steuerspannung an den Ausgangsklemmen 18 i.Jid 19, welche einen HF-Bypass-Kondensator 20 haben, der zwischen beiden Klemmen angeordnet ist Die Klemme 18 ist mit der Kathode des Varaktors 17 und mit dem Oszillator 15 über einen Widerstand 21 verbunden. Die Klemme 19 ist mit der Niasse, mit der Anode des Varaktors 17 und mit dem Oszillator 15 verbunden.

Die Steuerspannung, welche dem Varaktor 17 zugeführt wird, sollte eine Spannungs-Temperatur-Charakteristik aufweisen, welche der Frequenz-Temperatur-Charakteristik des Kristalls im Oszillator 15 ähnlich ist

ίο Vorzugsweise sollte der Varaktor eine Diode mit einem superabrupten Übergang sein, weiche eine im wesentlichen lineare Spannungs-Reaktanz-Charakteristik aufweist Wenn AT-Kristalle verwendet werden, ist eine Steuerspannungscharakteristik erforderlich, welche den in der F i g. 1 dargestellten Kurven ähnlich ist

Die Kompensationseinrichtung 16 weist eine Schaltung 22 mit einem linearen mittleren Temperaturbereich auf; sie hat weiterhin eine Schaltung 23 mit einem nicht-linearen Temperaturbereich bei niedrigen Temperaturen, und sie hat eine Schaltung ?4 mit einem nicht-linearen Temperaturbereich bei hu-ien Temperaturen. Diese Schaltungen werden in der Wdse miteinander vereinigt daß die gewünschte Ausgangssteuerspannung an den Klemmen 18 und 19 auftritt Die Schaltung 22 erzeugt eine Spannung, weiche eine im wesentlichen lineare Spannungs-Temperatur-Charakteristik hat, die in einem mittleren Temperaturbereich einen Wendepunkt aufweist Die Schaltung 23 erzeugt im wesentli chen eine nicht-lineare Temperaturveränderung in der Ausgangsspannung bei niedrigen Temperaturen, und die Schaltung 24 erzeugt eine nicht-lineare Temperaturveränderung bei hohen Temperaturen.

In der Schaltung 22 für den mittleren Bereich ist ein Lastwiderstand 25 zwischen einer Klemme 26 für eine positive Versorgungsspannung (B⁺) und einer Ausgangsklemme 18 vorhanden. Ein npn-Transistor 27 hat seinen Kollektor mit der Klemme 18 und seinen Emitter mit der Klemme 19 über einen Widerstand 28 verbunden. Die Basis des Transistors 27 ist über einen Vorspannungswiderstand 29 mit der positiven Spannungsversorgung (B⁺) verbunden, und sie ist über eine vorwärts vorgespannte Diode 30 (oder einen Widerstand 30', der gestrichelt dargestellt ist und nicht angeschlossen ist) an Masse gelegt, und zwar in Reihe mit der Parallelkombination aus einem Thermistor 31 und einem Widerstand 32. Der Thermistor 31 hat eine nicht-lineare und negative Widerstands-Temperatur-Charakteristik, und er ist derart ausgewählt, daß er einen Widerstandswert aufweist, welcher gleich demjenigen des Widerstandes 32 bei +26,5⁰C ist. Die Bauelemente 29 bis 32 bilden ein Vorspannungsnetzwerk für den Transistor 27, welches den Transistor über den Bereich geringer Temperatur ebenso wie über den Bereich hoher Temperatur und über den Bereich einer mittleren Temperatur eingeschaltet hält.

In der Schaltung 23 für den Bereich niedriger Temperatur hat ein pno-Transistor 33 seinen Kollektor mit der Klemme 18 verbunden, während sein Emitter über einen Widerstand 14 mit der positiven Versorgungsspannung (B⁺) verbunden ist und während seine Basis über einen Widerstand 35 an Masse geführt ist und über einen Thermistor 36 parallel zu einem Widerstand 37 angeordnet ist. Der Thermistor 36 hat ebenfalls eine nichtlineare und negative Widerstands-Temperatur-Charak- teristik, wie es auc<> bei dem Thermistor 31 der Fall ist. Die Bauelemente 35, 36 und 37 sind jedoch derart gewählt, daß sie für den Transistor 33 ein derartiges Vorspannungsnetzwerk bilden, daß er nur eingeschaltet

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wird, wenn der Widerstand des Thermistors 36 oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt. Somit wird der Transistor 33 nur eingeschaltet, wenn die Temperatur des Thermistors 36 unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt Dies tritt auf, weil nur dann, wenn der Thei- mistor 36 einen ausreichend hohen Widerstand hat, ein nennenswerter Spannungsabfall (größer als 0,7 V) zwischen der positiven Versorgungsspannung (B⁺) und der Basis des Transistors 33 auftritt. Deshalb erzeugt die Schaltung 23 ein sich mit der Temperatur nennenswert änderndes Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 33 (Klemme 18) nur in einem Temperaturbereich unterhalb einer vorgegebenen Temperatur.

In der Schaltung 24 für den Bereich hoher Temperatur hat ein npn-Transistor 38 seinen Kollektor mit der Klemme 18 verbunden, während sein Emitter über einen Widerstand 39 mit der Klemme 19 verbunden ist und seine Basis über einen Thermistor 40 mit der Versorgungsspannung (B⁺) und über einen Widerstand 41 mit der Masse verbunden ist. Der Thermistor 40 hat eine ähnliche Temperatur-Charakteristik wie die Thermistoren 31 und 36, und er ist derart gewählt, daß er eine nennenswerte Basisspannung nur dann an den Transistor 38 führt, wenn die Temperatur des Thermistors 40' oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt Somit wird die Schaltung 24 für den Bereich hoher Temperaturen in Betrieb gesetzt, um ein sich mit der Temperatur änderndes Ausgangssignal an der Klemme 18 nur in einem Temperaturbereich oberhalb einer vorgegebenen Temperatur zu liefern.

In der F i g. 3 ist eine Äquivalenzschaltung der Span· nungserzeugungsschaltung 16 gemäß Fig.2 veranschaulicht, und entsprechende Bauelemente sind mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Der Lastwiderstand 25 ist zwischen der Klemme 26 der Versorgungs- spannung (B⁺) und der Ausgangsklemme 18 angeordnet Ein Lineärstfömgenerator 42, der aiigemein der Schaltung 22 für den mittleren Temperaturbereich entspricht, ist zwischen den Klemmen 18 und 19 angeschlossen. Ein Kaltstromgenerator 43, welcher der Schaltung 23 für niedrige Temperatur entspricht, ist parallel zu dem Widerstand 25 angeordnet Ein Heißstromgenerator 44, welcher der Schaltung 24 für den Bereich hoher Temperatur entspricht, ist parallel zu dem Linearstromgenerator 42 angeordnet Somit ist die Ausgangsspannung der Kompensationseinrichtung 16 zwischen den Klemmen 18 und 19 durch die Gleichung

Vjos = B⁺ — /?2s/,om/

festgelegt, wobei /,„„; gleich dem Gesamtstrom ist, der durch den Lastwiderstand 25 fließt Der Gesamtstrom ist definiert durch

• mal = hin + 'warm ~ Ikitt,

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wobei /β, der Strom von dem Linearstromgenerator 42 ist, wobei l_wlrm der Strom von dem Heißstromgenerator 44 ist und wobei /_ia/, der Strom von dem Kaltstromgenerator 43 ist

Die F i g. 4A zeigt den Strom, der durch jeden der drei Stromgeneratoren in der F i g. 3 als Funktion der Temperatur erzeugt wird. Die Kurven 42', 43' und 44' stellen die Ströme In_n, halt und I_w>rm jeweils dar.

Die Kurve 42' (/&,) zeigt eine stufeniose und vorwiegend lineare Stromveränderung, einschließlich eines Wendepunktes in der Mitte des Temperaturbereiches (+ 10⁰C bis +50⁰C), und die Kurve nähert sich asymptotisch einem hohen Strom im Bereich geringer Temperatur (-35⁰C bis +1O⁰C) und einem niedrigen Strom im Bereich hoher Temperatur ( + 50⁰C bis + 90° C).

Ina wird durch die Schaltung 22 für den mittleren Temperaturbereich erzeugt. Der Thermistor 31 erzeugt eine mit der Temperatur veränderliche Vorspannung an der Basis des Transistors 27, welche in einem mit der Temperatur veränderbaren Strom durch den Transistor 27 und den Widerstand 28 umgeformt wird. Der Emitter des Transistors 27 ist im wesentlichen immer auf einer Spannung von +0,7 V unter der Vorspannung an der Basis, da der Transistor über den kalten, über den mittleren und über den heißen Bereich arbeitet. Somit bestimmen die Vorspannung und der Widerstand 28 Iu_n, und zwar mit einer Stromveränderung, welche derjenigen der Vorspannung ähnlich ist. Im mittleren Temperaturbereich wird die nicht-lineare Veränderung des Thermistors 31 in der Schaltung 22 für den mittleren Temperaturbereich durch den Widerstand 32 linearisiert, und es wird eine stufenlose, sich im wesentlichen linear ändernde Vorspannung für den Transistor 27 bei Temperaturen um den Wendepunkt herum erzeugt (was der Temperatur entspricht, bei welcher der Widerstand des Thermistors 31 dem Wert des Widerstandes 32 gleicht). Wenn die Temperatur zunimmt, nimmt der Widerstand des Thermistors 31 ab, und die angelegte Vorspannung hängt hauptsächlich von dem Widerstand 29 und der Diode 30 ab. Diese Spannung und der Widerstand 28 bestimmen den Strom, welchen der Linearstromgenerator 42 bei hohen Temperaturen erzeugt. Wenn die Temperatur abnimmt, nimmt der Widerstand des Thermistors 31 in der Weise zu, daß die Vorspannung hauptsächlich durch die Widerstände 29 und 32 und die Diode 30 bestimmt wird. Diese Spannung zusammen mit dem Widerstand 28 bestimmt den Strom, welchen der Linearstromgenerator 42 bei geringen Temperaturen liefert.

Der Wendepunkt im mittleren Temperaturbereich wird allein durch den Thermistor 31 und den Widerstand 32 festgelegt. Die Steigung von Iu_n im mittleren Temperaturbereich wird hauptsächlich durch den Wert des Widerstandes 28 festgelegt. Der Strom In_n ist stufenlos, es treten somit keine abrupten Veränderungen in der Amplitude oder in der Steigung auf, da //,„ dieselbe Temperaturveränderung wie die Vorspannung für den Transistor 27 aufweist Die Diode 30 wird dazu verwendet eine Temperaturkompensation für die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 27 zu erzeugen. Wenn diese Kompensation jedoch nicht erforderlich ist, kann die Diode 30 durch den Widerstand 30' ersetzt werden (in der F i g. 2 gestrichelt dargetellt), und die Emr'indlichkeit von ///„ gegenüber Energieversorgungsschwankungen wird vermindert

Deshalb kann die Schaltung 22 in unabhängiger Weise eine Spannung erzeugen, die eine im wesentlichen lineare Temperaturänderungscharakteristik aufweist, die einen Wendepunkt in einem mittleren Temperaturbereich hat Die Steigung der Temperaturänderungscharakteristik kann dadurch eingestellt werden, daß der Wert eines einzelnen Widerstandes 28 verändert wird. Eine Veränderung im Wert des Widerstandes 28 führt auch zu einer Verschiebung des Absolutwertes von Iu_n. Diese Verschiebung kann jedoch dadurch kompensiert werden, daß der Widerstand 29 und/oder die Diode 30 (oder der Widerstand 30') in ihrem Wert entsprechend eingesteüt werden. Die Schaltung 22 erzeugt weiterhin in unabhängiger Weise eine nicht-lineare Spannungsveränderung in den Bereichen hoher und niedriger Temperatur, und zwar aufgrund des asymptotischen

Verhaltens von //,„.

In der Fig.4A ist der Strom dargestellt, welcher durch den KaltMromgenerator 43 erzeugt wird, und zwar als ein negativer Strom 43' (h»it). welcher bei allen Temperaturen oberhalb von etwa — 5°C annähernd gleich Null ist. Dieser Strom nimmt exponentiell ab, wenr die Temperatur unter - 5°C abnimmt.

Die Schaltung 23 in der F i g. 2 erzeugt den Strom 43'. Bei Temperaturen oberhalb von einer vorgegebenen Temperatur (etwa -5°C) hat der Thermistor 36 einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand in bezug auf die Widerstände 35 und 37, und deshalb ist die Vorspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 33 weniger als 0,7 V. Somit ist der Transistor 33 nicht in Betrieb und erzeugt keinen nennenswerten Ausgangsstrom an seinem Kollektor. Bei -5⁰C ist der Widerstand des Thermistors 36 so groß, daß eine Vorspannung, welche ausreichend ist, um gerade nur den Transistor 33 einzuschalten, an der Basis-Emitter-Strecke geliefert wird. Bei Temperaturen unterhalb von -5°C wird der Transistor 33 eingeschaltet, und der Strom, welcher an seinem Kollektor erzeugt wird (hai!), wird durch den Wert des Widerstandes 34 festgelegt.

Die Vorspannung, welche an der Basis des Transistors 33 im kalten Temperaturbereich erzeugt wird, ändert sich hauptsächlich wie der Widerstand des Thermistors 36, da die Temperatur, bei welcher der Widerstand des Thermistors gleich dem Widerstand des Widerstandes 37 ist, derart gewählt ist, daß sie unterhalb des kalten Temperaturbereiches liegt. Der Strom (/ωι). welcher durch den Transistor 33 erzeugt wird, ändert sich anfänglich exponentiell als eine Funktion der Vorspannung, wenn der Transistor einschaltet. Wenn die Vorspannung zunimmt, ändert sich /ω, direkt als Funktion der Vorspannung, die sich nicht linear verändert. Somit stellt die Schaltung 23 den Kaltstromgenerator 43 dar, der eine vorgegebene Einschahtemperatur hai, weiche durch die Bauelemente 35,36 und 37 gesteuert wird, und dessen Strom eine Stärke hat, die hauptsächlich durch den Widerstand 34 gesteuert wird. Solange die Einschalttemperatur des Transistors 33 unterhalb vom mittleren Temperaturbereich liegt, haben irgendwelche Einstellungen der Schaltung 23 keinen Einfluß auf die im wesentlichen lineare Stromveränderung von I₁₀₁₃I im mittleren Bereich, wobei /_ia/< eingeschlossen ist. Jedoch können Einstellungen in der Schaltung 22 auch eine Anpassung in der Schaltung 23 erfordern, um eine vorgegebene Spannungs-Temperatur-Charakteristik zu erreichen.

Gemäß F i g. 4A ist die Stromkurve 44' (/„m) im wesentlichen gleich Null bis zu etwa +60⁰C, und sie steigt dann exponentiell als Funktion der Temperatur an. Die Schaltung 24 erzeugt l_w,rm in einer Art und Weise, welche derjenigen bei der Schaltung 23 ähnlich ist Der Thermistor 40 und der Widerstand 41 sind derart gewählt, daß bei Temperaturen unterhalb von +60° C weniger als 0,7 V zwischen der Basis des Transistors 38 und Masse liegen. Bei Temperaturen oberhalb von +60"C liegt eine Spannung von mehr als 0,7 V zwischen der Basis und Masse, und daher wird der Transistor 38 eingeschaltet. Der Thermistor 40 und der Widerstand 41 sind derart gewählt, daß die Spannung an der Basis des Transistors 38 sich nicht linear verändert, sondern etwa in der Weise wie der Widerstand des Thermistors 40 im Bereich hoher Temperatur, da die Temperatur, bei welcher der Widerstand des Thermistors 40 gleich dem Wert des Widerstandes 41 ist, oberhalb des Bereiches hoher Temperatur liegt Somit erzeugt die Schaltung 24 eine nicht-lineare Stromveränderung oberhalb einer vorgegebenen Temperatur, und sie erzeugt keine Stromveränderung in Abhängigkeit von einer Temperaturveränderung im Bereich mittlerer und niedriger Temperatur. Der Einschaltpunkt des Transistors 38 wird durch den Thermistor 40 und den Widerstand 41 festgelegt, und der Strom Ihdü, welcher durch die Schaltung 24 erzeugt wird, hängt hauptsächlich vom Widerstand 39 ab.

!0 In der Fig.4B ist eine Kurve 45 des Stroms Ι,_ο,_αι dargestellt, der durch den Widerstand 25 fließt. Es ist ersichtlich, daß dieser Strom eine lineare Überlagerung derjenigen Ströme ist, welche durch die Generatoren 42, 43 und 44 erzeugt werden, und zwar gemäß den obengenannten Gleichungen. Eine Kurve 46 (gestrichelt dargestellt) veranschaulicht die Spannung V_aui zwischen den Klemmen 18 und 19 und läßt sich ebenfalls aus den obigen Gleichungen unter der Annahme ableiten, daß die Versorgungsspannung (B *) konstant ist. Deshalb ist die Spannungs-Temperatur-Charakteristik 46 gerade die inverse Funktion der Strom-Temperatur-Charakteristik 45.

Somit hat die Schaltung 16 gemäß F i g. 2 eine Steuerspannung V.uj erzeugt, welche im Bereich mittlerer Temperatur einen unabhängig erzeugten, stufenlosen, im wesentlichen linearen Abschnitt aufweist, welche weiterhin im Bereich niedriger Temperatur eine im wesentlichen nicht-lineare Stromveränderung und eine Änderung der Steigung aufweist und welche im Bereich hoher Temperatur eine im wesentlichen nicht-lineare Stromveränderung und eine Änderung in der Steigung zeigt. Während die Schaltung 22 in unabhängiger Weise die lineare Veränderung im mittleren Bereich erzeugt, liefert sie weiterhin eine nicht-lineare Veränderung in den Bereichen niedriger und hoher Temperatur. Die Schaltungen 23 und 24 erzeugen jedoch hauptsächlich uic riicui-iinearcn Veränderungen i" den Ksre'.cnep, niedriger und hoher Temperatur. Indem diese Steuerspannung an eine Varaktordiode angelegt wird, um die Resonanzfrequenz eines Kristalloszillators zu steuern, kann die Resonanzfrequenz über den Bereich niedriger, mittlerer und hoher Temperatur im wesentlichen konstant gehalten werden. Da die lineare Stromveränderung im mittleren Bereich unabhängig eingestellt werden kann und dann anschließend die Stromveränderungen in den Bereichen hoher und niedriger Temperatur eingestellt werden können, ohne daß die vorherige Einstellung der Temperatur im mittleren Bereich beeinflußt wird, oder eine gegenseitige Beeinflussung in diesen Bereichen stattfindet, kann eine Spannung erzeugt werden, welche einen beliebigen AT-Kristall kompensieren kann, der eine Frequenz-Temperatur-Charakteristik aufweist, welche der in der F i g. 1 dargestellten Charakteristik ähnlich ist. Wenn eine verhältnismäßig geringe Veränderung der Frequenz in Abhängigkeit von der Temperatur über die Temperaturbereiche hingenommen werden kann, braucht möglicherweise nur eine der Schaltungen 23 und 24 verwendet zu werden, da die Schaltung 22 eine gewisse Nicht-Linearität in den Bereichen hoher und niedriger Temperatur beisteuert In einem bevorzugten Fall eines Ausführungsbeispiel hat sich dies als zutreffend erwiesen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes haben Versuchsergebnisse gezeigt, daß AT-Kristalle, weiche Frequenzstabiütäten von !0 bis 30 Teile pro Million hatten, auf weniger als 2 Teile pro Million stabilisiert werden konnten, und zwar über einen Temperaturbereich von —30° C bis +85° C, wenn

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die nachfolgend angegebenen typischen Werte der Bauelemente eingehalten wurden und die Diode 30 durch einen Widerstand 3C ersetzt wurde, der einen Wert von 5 kOhm bis 25 kOhm hatte.

/?2j 20 kOhm

A₂₈ 4 k—15kOhm

/?29 50 kOhm

T₃, 20kOhm bei RTO?-3980, λ- -4,4%/°C)

R₃₂ 18kOhm io

Ru 10k-45kOhm

Ra 60 kOhm

T₃₆ 3 kOhm bei RT. (ß- 3070, λ - - 3,4%/° C)

Rj₇ 50 kOhm

R₃₉ 7 k—20 kOhm 15

T₄₀ 150kOhmbeiRT.(/i^l-4200,_i*.--4,5%/'^>C)

Ä4i 4 kOhm

B * 4,6 Volt

Beta (ß) und Alpha (ac) sind die Hersteller-Spezifika- 20 tionen für die nicht-lineare Veränderung des Widerstandes der Thermistoren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Temperatur-Kompensation eines Kristalloszillators (15), der bei niedriger, mittlerer und hoher Temperatur zu betreiben ist, mit einer Reaktanz (17), die sich in Abhängigkeit von der angelegten Steuerspannung ändert und Ober welche die Oszillatorfrequenz steuerbar ist, mit einer Kompensationseinrichtung (16), welche die Steuerspannung für die Bereiche niedriger, mittlerer und hoher Temperatur erzeugt, und zwar mit einer Spannungs-Temperatur-Charakteristik, welche einen nicht-linearen Verlauf in wenigstens einem der Bereiche hoher und niedriger Temperatur zeigt, wobei die Kompensationseinrichtung (16) eine erste Schaltung (22), welche die Spannung in dem Bereich der mittleren Temperatur festlegt, und wenigstens eine zweite Schaltung (23) oder (24) aufweist welche den nicfci-linearen Verlauf in den Bereichen hoher und/Qtte^ niedriger Temperatur hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der ersten Schaltung (22) linear abhängig von der Temperatur ist und daß der Betriebsbereich der zweiten Schaltung (23 oder 24) für die Bereiche hoher und/oder niedriger Temperatur unabhängig von der ersten Schaltung (22) festgelegt ist

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie sowohl eine zweite Schaltung (23), weiche den nicht-linearen Spannungsverhuf in den Bereichen hoher Temperatur hervorruft, als auch eine weitere zweite Schaltung (24), welche den nicht-lineui-en Spannungsverlauf in den Bereichen niederer Temperatur hervorruft, aufweist

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die erste Schaltung (22) einen ersten Thermistor (31) aufweist, daß die zweite Schaltung (23 oder 24) einen zweiten Thermistor (36 oder 40) aufweist und daß die erste Schaltung (22) eine Schaltungsstufe (25 bis 32) aufweist, welche die lineare Veränderung stufenlos gestaltet

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (23 oder 24) ein Schwellen-Schaltelement (33 oder 38) aufweist und eine zugeordnete Schwellen-Vorspannungs-Stufe (35 bis 37 oder 40 bis 41) hat die den zweiten Thermistor (36 oder 40) aufweist welcher mit dem Schwellen-Schaltelement (33 oder 38) verbunden ist, und unabhängig von der ersten Schaltung (22) die Temperatur festlegt, bei welcher das Schwellen-Schaltelement (33 oder 38) eingeschaltet wird.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellen-Schaltelement (33 oder 38) die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors umfaßt.