DE2649745C2 - Frequenzsteuerbarer Oszillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen frequenzsteuerbaren Oszillator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Oszillatoren werden insbesondere für die automatische Phasensteuerung (APC) von Farbfernsehempfängern eingesetzt Ein bekannter Oszillator nach DE-OS 21 31 159, der zur Ausführung als integrierter Schaltkreis geeignet ist, weist in Reihe zum Oszillator zwei Phasenschieber auf, die jeweils eine positive bzw. eine negative feste Phasenverschiebung erzeugen. Die beiden phasenverschobenen Signale werden einer Amplitudensteuerungs- und Vektor-Addierschaltung als erstes und zweites Signal zugeführt. Die Amplitudensteuerung ändert die relativen Amplituden des ersten und des zweiten phasenverschobenen Signals unter Beeinflussung durch das Führungssignal, so daß sich ein phasenveischobenes Signal am Ausgang der Vektor-Addierschaltung ergibt das eine Änderung der Resonanzfrequenz der Schaltung erzeugt. Bei der Massenherstellung treten Unterschiede der Phasenverschiebungen des ersten und des zweiten Signalet auf, so daß die Schaltkreise vor dem Einbau jeweils abgeglichen werden müssen, bevor die Endabstimmung vorgenommen werden kann. Da die Phasenschieberkreise in Reihe im Hauptkreis der Oszillatorschaltung liegen, ergibt eine Schwankung der Versorgungsspannung ein Abdriften des Oszillatorsignals nach Größe und Phasenwinkel.

Bei einer weiteren bekannten Oszillatorschaltung nach CH-PS 2 73 265 wird das Ausgangssignal eines Oszillators über zwei Mischer in eine geschlossene Schleife eingespeist; dabei erhält der eine Mischer das Oszillatorsignal über einen spannungsgeführten Phasenschieber, während in den zweiten Mischer das Oszillatorsignal direkt eingespeist wird. In der Schleife zwischen den beiden Mischern sind in einem Zweig ein Filter mit einer von der Oszillatorfrequenz verschiedenen Mittenfrequenz, in dem anderen Zweig ein Filter mit der Differenzfrequenz aus Oszillatorfrequenz und Mittenfrequenz des ersten Filters bzw. aus der Summe dieser Frequenzen als Mittenfrequenz und eine frequenzabhängige Verzögerungsschaltung enthalten.

An dem ersten Filter wird das Ausgangssignal der Oszillatorschaltung abgeleitet, während an dem zweiten Filter ein Ausgangssigna] gewonnen wird, das nach Wandlung durch einen Diskriminator die Steuerspannung für den spannungsgeführten Phasenschieber ergibt An den Phasenschieber k&vi eine_ weitere Führungsspannung angelegt werden, die eine Änderung der Ausgangsfrequenz der Oszillatorschaltung ergibt, während nach Wegnahme der weiteren Führungsspannung die zuletzt erreichte Frequenz automatisch stabilisiert wird. Eine Umsetzung dieser bekannten Umschaltung in für integrierte Halbleiterkreise geeignete Form ergibt wiederum eine Mehrzahl von Einzelschaltungen, die bei der Herstellung als Massenartikel einen Einzelabgleich der Schaltkreise erforderlich macht

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen frequenzsteuerbaren Oszillator der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der zur Massenherstellung als integrierter Schaltkreis nur geringe Forderungen an den Abgleich stellt und relativ unempfindlich gegen Versorgungsspannungsschwankungen ist

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Oszillator, wie er im Anspruch 1 angegeben ist

Bei dem erfindungsgemäßen Oszillator wird also das phasenverschobene Signal in Abhängigkeit von der Führungsspannung dem Ausgangssignal des Verstärkers zugemischt so daß bei Führungssignal gleich Null das im Hauptkreis des Oszillators anstehende Signal nicht geändert wird. Damit ist keine Abstimmung oder Eichung des Oszillators nötig. Durch geeignete Aus'egung der Amplitudensteuereinrichtung ist dennoch eine wirksame Steuerung der Oszillatorfrequenz gegeben.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird in der Vektor-Addierschaltung dem im Hauptkreis vorhandenen Signal ein um 90" vor- bzw. nacheilendes Signal zugemischt, so daß bei entsprechend ausgelegter Verstärkung der Amplitudensteuereinrichtung eine Beeinflussung in einem weiten Bereich möglich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 3 bis 7 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer mit dem frequenzgesteuerten Oszillator aufgebauten Oszillatorschaltung,

Fig.2 ein Vektordiagramm der in Fig. 1 an verschiedenen Punkten bezeichneten Signale, und

F i g. 3 ein Schaltbild des in F i g. 1 enthaltenen Oszillators mit diskreten Bauelementen.

F i g. 1 zeigt eine als integrierten Schaltkreis (IC) ausführbare Oszillatorschaltung mit variabler Frequenz. Sie umfaßt eine Rückkopplungs-Oszillatorschaltung mit einem Verstärker 10, einer Addierschaltung 11 zur vektoriellen Addition und einem Bandfilter 12, das auch als Bandpaßverstärker ausgeführt sein kann. Zwischen dem Ausgang des Bandfilters 12 und einem Eingang der Addierschaltung 11 ist ein durch eine Führungsspannung V_c beeinflußbarer Phasenschieber 15 angeschlossen. Der Führungseingang des Phasenschiebers 15 ist zur Zuleitung der Führungsspannung mit einem Phasendetektor 16 verbunden. In der Rückkopplungs-Oszillatorschaltung tritt normalerweise eine freie Schwingung auf, deren Frequenz im wesentlichen von der Mittenfrequenz des Bandfilters 12 bestimmt wird, wenn die Führungsspannung V_c gleich Null ist. Der spannungssteuerbare Phasenschieber 15 besteht aus einem Phasenschieber 13, welcher den*. Ausgangssignal X' des Bandfilters 12 eine konstante Phasenverschiebung von z. B. 90° erteilt Die so erhaltene Ausgangsspannung wird an den Eingang einer Amplitudensteuereinrichtung 14 angelegt, welche die Amplitude ihres Eingangssignals in Abhängigkeit von der Größe und der Polarität der anliegenden Führungsspannung V_c so beeinflußt daß ein Ausgangssignal ± Y erhalten wird, d. h. es ist außer der Amplitudenänderung eine weitere Phasenverschiebung um 0° bzw. um 180° erzielbar, und gleichzeitig wird die Amplitude proportional zur Größe der Steuerspannung V_c verändert

Das in Fig.2 gezeigte Vektordiagramm zeigt das Ausgangssignal X des Verstärkers und das bei einem bestimmten Betrag der Führungsspannung V_c erhaltene Ausgangssignal der Amplitudensteuereinrichtung 14, das je nach Polarität der Führungsspannung Ybzw. — Y betragen kann. Das Ausgangssignal Z der Addierschaltung 11 kann also bei dem angenommenen Betrag der Führungsspannung V₀ die Größe X ■+ Y bzw. X-Y erhalten.

Da das Ausgangssignal der Amplitudensteuereinrichtung ± Y zwar unterschiedliche Amplitude, jedoch nur um ±90° gegenüber dem Signal X verschobene Phasenlage besitzen kann, sind, sobald die Rückkopplungs-Oszillatorschaltung auf einen Frequenzwert abgeglichen und stabilisiert ist, an verschiedenen Punkten dieser Schaltung Signale, die im wesentlichen in Phase miteinander sind, vorhanden, so daß das am Eingang des aus Phasenschieber 13 und Amplitudensteuereinrichtung 14 bestehenden spannungsgesteuerten Phasenschiebers 15 anliegende Signal auch von einem anderen Punkt der Schaltung, z. B. vom Ausgang der Addierschaltung 11 abgenommen werden kann, wie es durch die gestrichelt gezeigte Verbindung 17 angedeutet ist, statt von der Verbindung 18 zwischen dem Ausgang des Bandpaßfilters 12 und dem Eingang des Phasenschiebers.

Fig.3 zeigt einen zum Aufbau als integrierte Schaltung geeignete Ausführung des frequenzsteuerbaren Oszillators. Der Verstärker 10 besteht aus zwei Transistoren T\ und Ti, deren Emitter über Widerstände R\ und R2 durch eine am anderen Pol geerdete Konstantstromquelle 20 versorgt werden, während die Basiselektroden dieser Transistoren über Widerstände /?3 bzw. Ri, an einer zweiten Vorspannungsquelle V'2 liegen. Die Addierschaltung wird durch einen Widerstand 21 gebildet, dessen einer Anschluß über eine Leitung 22 mit einer ersten Vorspannungsquelle Vi und dessen anderer Anschluß mit dem Kollektor des Transistors T\ verbunden ist so daß er als Lastwiderstand für den Transistor Ti dient Der Kollektor des Transistors Ti ist mit der ersten Vorspannungsquelle Vi verbunden.

Das als Bandpaßverstärker ausgeführte Bandfilter 12 besteht aus einem Transistor T3, dessen Kollektor an der ersten Vorspannungsquelle Vi liegt und dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors Ti und damit mit einem Anschluß des Lastwiderstandes 21 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Ts liegt über den Widerstand R5 an Erde und ist gleichzeitig mit einer Reihenschaltung aus einer Induktivität Li und einer Kapazität Q verbunden, deren anderer Anschluß mit der Basis des Transistors Ti des Verstärkers 10 verbunden ist. Durch die Widerstände R\ und R₂ wird die Verstärkung der Rückkopplungs-Oszillatorschaltung bestimmt. Die an dem Lastwiderstand 21 anliegende Spannung wird über

den Bandpaßverstärker auf den Eingang des Verstärkers 10 zurückgekoppelt, und auf diese Weise wird eine Schwingung mit einer Frequenz erregt, welche durch die Resonanzfrequenz der Induktivität L\ und der Kapazität G bestimmt wird.

Das Ausgangssignal der Rückkopplungs-Oszillatorschaltung liegt gleichfalls an dem Phasenschieber 13 an, der eine Induktivität L2 und eine Parallelschaltung aus einer Kapazität Ciund einem Widerstand Rt gegen Erde aufweist Die Größen dieser Elemente sind so bemessen, daß sich eine Phasenverschiebung von etwa 90° ergibt Das phasenverschobene Signal wird an den Eingang der Amplitudensteuerung 14 weitergeleitet, welche ein erstes Paar von Transistoren 7} und Ts aufweist, deren Emitter über Widerstände Ri bzw. Äs mit einer am anderen Po! geerdeten Konstantstromquelle 23 verbunden sind, und deren Basiselektroden über Widerstände Rg bzw. Äio an der zweiten Vorspannungsquelle V₂ liegen. Die Amplitudensteuereinrichtung 14 enthält ferner ein zweites Paar von Transistoren 7i und Tj und ein drittes Paar von Transistoren 7g und 7*9. Die Emitter der Transistoren Ts und Ti liegen gemeinsam am Kollektor des Transistors 7i des ersten Paares an, und entsprechend sind die Emitter der Transistoren 7J und 79 gemeinsam mit dem Kollektor des Transistors Ts des ersten Paares verbunden. Die Basiselektrode der Transistoren Te und T? liegen gemeinsam an der einen Führungsspannungs-Eingangsklemme 22a, und die Basiselektroden der Transistoren Ti und 7g liegen gemeinsam an der anderen Führungsspannungseingangsklemme 22b. Die Transistoren T₆ und Tg werden so in den leitenden Zustand gesteuert und die beiden anderen Transistoren Tj und 7g gesperrt, wenn die Klemme 22a eine positive Spannung gegenüber der Klemme 226 führt Die Kollektoren der Transistoren T₆ und T₈ liegen gemeinsam an der ersten Vorspannung Vi, und die Kollektoren der Transistoren Ti und Tg liegen gemeinsam an der mit der Basis des Transistors T3 verbundenen Klemme des Lastwiderstandes 21. An die Basis des Widerstands Ts ist das phasenverschobene Ausgangssignal des Phasenschiebers 13 angelegt

Die Transistoren Ta bis Tg der Amplitudensteuereinrichtung 14 bilden so einen zweistufigen Gegentakt-Verstärker. Beträgt die Führungsspannung V_c zwischen den Eingangsklemmen 22a und 226 Null V, so herrscht an den Transistoren Tb bis Tg ein Gleichgewichtszustand, so daß der von den Transistoren 7"s und Ts gezogene Strom entgegengesetzt gleich dem von den Transistoren Tj und Ti gezogenen ist Damit bildet sich an den miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren Ti, Tg keine Spannung gegenüber den Kollektoren der Transistoren Tf, und Ti aus. Führt die Klemme 22a eine positive Spannung gegenüber der Klemme 226, so werden die Transistoren Tj und Tj gesperrt, während die Transistoren Tt, und Tg Strom führen. Damit ergibt sich an den Kollektoren von Ti und Tg ein Signal, das um 180° gegen das an der Basis des Transistors 7s anliegende Signal verschoben ist, während seine Amplitude der Spannung V_c proportional ist. Bei umgekehrtem Vorzeichen der Führungsspannung V_c werden die Transistoren T₆ und Tg gesperrt, und es ergibt sich am Kollektor des Transistors Tj ein Signal, das in Phase mit dem an der Basis des Transistors Ts anliegenden Signal ist, und dessen Amplitude wiederum proportional der Größe der Führungsspannung K-ist.

Eine Änderung des Betrages und der Polarität der Führungsspannung V_c ergibt also ein Ausgangssignal der Amplitudensteuereinrichtung 14, das in bezug auf das Ausgangssignal X'des Bandfilters 12 um +90° oder um —90° verschoben ist. Da der Widerstand 21 eine gemeinsame Last für die Schaltungen 10 und 14 darstellt, ist das zwischen Basis und Kollektor des Transistors Tz des Bandpaßverstärkers 12 anliegende Signal eine Vektorsumme der beiden Ausgangssignale des Verstärkers 10 und der Amplitudensteuereinrichtung 14, wie es in F i g. 2 dargestellt ist.

Der Phasendetektor 16 (Fig. 1) ist mit einer seiner beiden Eingangsklemmen mit dem Ausgang des Bandfilters 12 (oder mit einem anderen Punkt der Oszillatorschaltung) verbunden, und die andere Eingangsklemme erhält ein Signal mit einer Vergleichsfrequenz. Als Vergleichsfrequenz kann beispielsweise das von einem Fernsehsender ausgestrahlte Farbburst-Signal dienen. Der Phasendetektor 16 steuert damit selbsttätig Frequenz und Phase des Oszillators, in dem er eine Führungsspannung Null bildet, wenn keine Phasendifferenz zwischen Oszillator- und Vergleichsfrequenz besteht, und eine positive bzw. negative Führungsgleichspannung erzeugt wenn die beiden Frequenzwerte unterschiedlich sind. Ist die Führungsspannung V_c = 0, so verschwindet das Ausgangssignal der aus den Schaltungen 13 und 14 gebildeten führbaren Phasenschieberschaltung 15 und die Frequenz der Oszillatorschaltung bleibt unbeeinflußt Auf diese Weise ergibt sich bei einer Änderung der Versorgungsspannung kein Abdriften der Oszillatorfrequenz von der Referenzfrequenz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Frequenzsteuerbarer Oszillator mit einer Reihenschaltung aus einem Verstärker, einer Vektor-Addierschaltung zur Addition eines ersten vom Verstärker abgeleiteten Signals mit einem zweiten Signal und einem Bandpaßfilter, einer vom Baridpaßfilter zum Verstärker führenden Rückkopplung, einem an die Reihenschaltung angeschlossenen Phasenschieber, welcher das zweite in seiner Phase um einen festen Betrag gegenüber dem ersten Signal verschobene Signal bildet, und einer auf den Phasenschieber folgenden Amplitudensteuereinrichtung, die in Abhängigkeit von einem Führungssignal die Amplitude des zweiten Signals steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (X) ohne Phasenverschiebung vom Verstärker (10) zur Vektor-Addierschaltung (11) geführt wird und daß die Amplitudensteuereinrichtung (14) auch die Polarität des zweiten Signals (± Y) entsprechend der Polarität des Führungssignals (V_c) steuert

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die feste Phasenverschiebung des zweiten Signals ( + ^gegenüber dem ersten Signal (X)W beträgt

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Amplitudensteuereinrichtung (14) ein zweistufiger Differenzverstärker (T*... T₉; R₇... Rw) ist.

4. Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Vektor-Addierschaltung (11) durch einen zwischen eine erste Vorspannungsquelle (V\) und den Ausgang des zweistufigen Differenzverstärkers (14) geschalteten Lastwiderstand (21) gebildet ist.

5. Oszillator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der zweistufige Differenzverstärker (14) aus folgenden Bauelementen gebildet ist:
einem ersten Paar Transistoren (T₄, T₅), deren Emitter über jeweils einen Widerstand (Rj, Rs) mit einer an der entgegengesetzten Seite geerdeten Konstantstromquelle (23) verbunden sind und deren Basisanschlüsse über jeweils einen Widerstand (R₉, R\o) mit einer weiteren Vorspannungsquelle (V2) verbunden sind, einem zweiten Paar Transistoren (Ti, Tj), deren Emitter gemeinsam mit dem Kollektor des ersten Transistors (T*) des ersten Paares Transistoren (T4, T₅) verbunden sind,

und einem dritten Paar Transistoren (Ts, T₉), deren Emitter gemeinsam mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T₅) des ersten Paares Transistoren (T₄, T₅) verbunden sind,

daß die Basiselektroden des ersten Transistors (Tt) des zweiten Paares Transistoren und des zweiten Transistors (T₉) des dritten Paares Transistoren gemeinsam mit einer Eingangsklemme (22a^ für die Führungsspannung (V_c) verbunden sind, die Basiselektroden des zweiten Transistors (Tj) des zweiten Paares Transistoren und des ersten Transistors (Tg) des dritten Paares Transistoren gemeinsam mit der anderen Eingangsklemme (22b) für die Führungsspannung (Vc) verbunden sind, die Kollektoren der jeweils ersten Transistoren (Tt, Ts) des zweiten und des dritten Paares Transistoren gemeinsam mit der ersten Vorspannungsquelle (V\) verbunden sind und die Kollektoren der jeweils zweiten Transistoren (Tj, T₉) des zweiten und des dritten Paares gemeinsam mit dem Lastwiderstand (21) verbunden sind.

6. Oszillator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der Ausgang des Verstärkers (10) mit den beiden Anschlüssen des Lastwiderstands (21) verbunden ist

7. Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß der Verstärker (10) ein Paar Transistoren (Tu Tt) umfaßt deren Emitter über jeweils einen Widerstand (Ru R2) mit einer an der entgegengesetzten Seite geerdeten weiteren Konstantstromquelle (20) verbunden sind, deren Basiselektroden über jeweils einen Widerstand (Ri, Ä») mit der weiteren Vorspannungsquelle (V2) verbunden sind, und daß der Kollektor des ersten Transistors (Ti) mit dem Anschluß des Lastwiderstandes (21) verbunden ist an dem die Kollektoren der zweiten Transistoren (T₇, T₅) des zweiten bzw. dritten Paares Transistoren der Amplitudensteuerung (14) angeschlossen sind, während der Kollektor des zweiten Transistors (T2) an der mit der ersten Vorspannungsquelle (Vi) verbundenen Klemme des Lastwiderstandes (21) angeschlossen ist