DE2737437A1

DE2737437A1 - Hochfrequenzoszillator und -modulator

Info

Publication number: DE2737437A1
Application number: DE19772737437
Authority: DE
Inventors: Wilson Eugene Alexander
Original assignee: Fairchild Camera and Instrument Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1976-08-27
Filing date: 1977-08-19
Publication date: 1978-03-02
Also published as: US4047127A; JPS5329054A; FR2363223A1; CA1070396A; GB1550324A

Description

. FRIEDRICH B. FISCHER 5000 KÖLN 50

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^ z/37437

Fairchild Camera and Instrument Corporation

464 Ellis Street

Mountain View, California 94040, V.St.A. F 7719 Hochfrequenzoszillator und -modulator

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Schaltungen und insbesondere auf elektrische Oszillatoren und Modulatoren für Hochfrequenzbetrieb (radio frequency - RF).

Hochfrequenzoszillatoren und -modulatoren, wie sie im häuslichen und gewerblichen Betrieb verwendet werden, müssen im Regelfall hinsichtlich ihrer Leistung und ihres Frequenzausgangs bestimmte Anforderungen erfüllen. Beispielsweise müssen einige Geräte, z.B. Video-Spielgeräte, welche mit Fernsehempfängern üblicher Bauart zusammenarbeiten können, bestimmten behördlichen Vorschriften und Auflagen (z.B. den"FCC-Regulations") hinsichtlich der Oberwellenunterdrückung und der maximalen Ausgangsspannung entsprechen, um die Ausbreitung unerwünschter Störsignale möglichst gering zu halten.

Schaltungen üblicher Bauart erfordern vielfach geregelte Spannungsversorgungen und spezielle Parameter der Schaltung, damit die behördlichen Vorschriften und Auflagen eingehalten werden können. Hierdurch werden die Herstellungskosten der Schaltungen erheblich erhöht.

Die Erfingung bezweckt, eine Hochfrequenzoszillator- und modulator-Schaltung zu schaffen, mit welcher besondere Vorschriften und Auflagen hinsichtlich des Ausgangs in vorteilhafter Weise, insbesondere mit verminderten Herstellkosten, eingehalten werden könnern.

Ein Hochfrequenzoszillator gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Vorspannungsquelle am Oszillatorausgang zur Erzeugung einer Vorspannung, welche an einen Oszillatortransistor derart angelegt wird, daß die Ausgangsleistung für einen bestimmten Bereich von Speisepannungen geregelt ist. Die Vorspannungs-

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quelle enthält eine oder mehrere Dioden, deren Temperaturkoeffizient so gewählt ist, -daß er dem des Oszillatortransistors eng angepaßt ist, so daß die Transistorvorspannung über einen vorgegebenen Arbeitstemperaturbereich aufrechterhalten ist.

Zwischen dem Oszillatorausgang und einer Modulationssignalquelle kann ein Diodenmodulator eingeschaltet sein, um ein moduliertes Hochfrequenzsignal zu erzeugen. Vorzugsweise erzeugt die Vorspannungsdiode für den Oszillatortransistor auch eine Hochfrequenzvorspannung für den Diodenmodulator.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt ein elektrisches Schaltschema eines Hochfrequenzoszillators und -modulators gemäß der Erfindung.

Der in der Zeichnung dargestellte Hochfrequenzoszillator gemäß der Erfindung ehält einen Transistor 10, welcher in der Colpitts-Schaltung (kapazitive Dreipunktschaltung) mit geerdetem Kollektorgeschaltet ist. Eine Gleichspannungsquelle, deren Spannung entsprechend der Erfindung zwischen 5 V und,, 15 V schwanken kann, ist über einen Widerstand 14 mit dem Kollektor des Transistors 10 verbunden, und der Emitter des Transistors 10 ist- über einen Widerstandsspannungsteiler mit Widerständen 16 und 18 mit der Erde der Schaltung verbunden. Die Basis des Transistors 10 steht in Verbindung mit einer abgestimmten Schaltung bzw. Schwingkreis mit Kondensatoren 20, 22 und 24 sowie einer variablen Induktionsspule 26, und diese Teile stellen eine Brückenanordnung dar, wobei die gemeinsame Klemme des Kondensators 24 und der Induktivität 26 über Widerstand 28 mit Ausgangsklemme 30 des Oszillators verbunden ist. Die Gleichspannungsquelle ist über Widerstand 32 und Widerstand 34 mit Ausgangsklemme 30 verbunden, wobei Kondensator 36 einen Hochfrequenznebenschluß zur Erde darstellt.

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In vorteilhafter Weise ist Diode 40, welche die Vorspannung bereitstellt, zwischen den Oszillatorausgang 30 und die Schaltungserde gelegt, und hierdurch entsteht eine Gleichvorspannung an Ausgangsklemme 30, welche durch den Schwingkreis zur Basis des Transistors 10 weitergegeben wird. Der Spannungsabfall über der Diode 40 schwankt nicht bei einer Speisespannung, deren Wert zwischen etwa 5 und 15 V liegt; die Vorspannung an Transistor 10 bleibt daher konstant«über diesen Bereich der Speisespannung, und die Ausgangsleistung des Oszillators bleibt im wesentlichen konstant.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine geringe Länge einer Übertragungsleitung 42 zwischen Ausgangsklemme 30 und der Schaltungserde mit Diode 40 in Reihe geschaltet, um die Hochfrequenzimpedanz am Oszillatorausgang zu erhöhen. Die Anode einer Modulatordämpfungsdiode 50 ist mit der Ausgangsklemme 30 verbunden, und die Kathode der Modulatordiode 50 ist so geschaltet, daß sie ein Modulationssignal an der Kathode aufnimmt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Modulationssignal ein Videofarbsignal, welches über Widerstand 52 und ein dreipoliges Tshebyscheff-Filter mit Induktionsspule 54 und Querkondensatoren 56 und 58 angelegt und dann weiter über Widerstand 60 zur Kathode der Modulatordiode geführt wird. Bei niedrigen Strompegeln ändert sich der Widerstand der Diode 50 als Reziprokviert des Strompegels, und man erhält eine Dämpfungsmodulation des Oszillatorausgangssignals.

Das an der Kathode der Diode 50 abgenommene modulierte Ausgangssignal wird über ein Netzwerk an den Ausgang 76 der modulierten Hochfrequenz angelegt. Das Netzwerk enthält in Reihe Kondensator 64 und Widerstand 66 sowie im Nebenschluß Widerstand 68, und anschließend ein Tiefpaßfilter, welches in Serie geschaltet Induktionsspule 70 und Kondensator 71 sowie Querkondensatoren und 74 enthält. Bei der Anwendung in Zusammenhang mit einem Videospiel kann beispielsweise der Ausgang 76 unmittelbar mit der

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Antenne eines Fernsehempfängers üblicher Bauart verbunden sein, wenn ein Fernsehspiel durchgeführt werden soll. Übertragungsleitung 69 ist als gekürzte Stichleitung ausgebildet, um Videofrequenzen auszufiltern, während das modulierte Hochfrequenzsignal durchgelassen wird.

Die Oszillatorvorspannung gemäß der Erfindung ermöglicht, daß die Oszillatorausgangsleistung über einen verhältnismäßig weiten Spannungsbereich (z.B. 5 - 15 V) von der Speisespannung unabhängig ist. Der harmonische Ausgang des abgestimmten Oszillators ist niedrig; eine Messung der zweiten harmonischen Frequenz ergab bei einer Ausführungsform der Erfindung minus 55 DB am Oszillatorausgang. Auch ist wesentlich, daß die Ausgangsleistung niedrig ist, und sie ist auch verhältnismäßig unabhängig von der Wahl des Oszillatortransistors. Es wurden mehrere willkürlich gewählte Transistoren verschiedener Transistorfamilien in dem Oszillator verwendet, und es wurde festgestellt, daß die Schwjnkung der Ausgangsleistung plus oder minus 1,5 DB betrug.

iGetnäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorspannungsdiode 40 eine lichtemittierende Diode, deren Temperaturkoeffizient dem des Oszillatortransistors eng angepaßt ist. Eine lichtemittierende Diode (LED) hat im Regelfall eine Bezug.sspannung von 1,65 V, und der Emittergleichstrom des Oszillatortransistors kann auf 1,0 mA gesteuert werden. Bei Sinusspannungen beträgt die maximale Hochfrequenzspannung vom Emitter zu Erde bei dem Oszillatortransistor 2,0 V von Spitze zu Spitze. Da die Emitterspannung begrenzt ist, sinkt die Spannung von Emitter zu Kollektor niemals unter 2,8 V während des Hochfrequenzzyklus, und hierdurch wird eine Transistorsättigung und dementsprechend ein Abkappen der Hochfrequenz und die Erzeugung harmonischer Schwingungen vermieden. Die Vorspannungsdiode kann auch zwei oder mehrere in Vorwärtsrichtung vorgespannte, in Reihe geschaltete Dioden enthalten. Alternativ kann auch eine in Gegenrichtung vorgespannte Zenerdiode verwendet werden, wenn der Oszillator eine höhere Speisepannung erhält.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hatten die Bauelemente die folgenden Werte:

10	MPS 3563	42	110 Ohm Übertragungsleitung
12	0,001 uf	50	1N4148
14	220- Ohm	52	470 Ohm
16	39 Ohm	54	15 uH
18	1 K Ohm	56	220 Pf
20	- 100 Pf	58	«220 Pf
22	18 Pf	60	470 Ohm
24	200 Pf	64	220 Pf
26	0,3 - 0,5 uH	66	56 Ohm
.-- 28	68 Ohm	68	27 Ohm
32	270 Ohm	70	0,68 uH
34	270 Ohm	71	12 Pf
36	0,1 JiF	72	33 Pf
40	FLV 110	74	33 Pf

Bei den beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung lieferte der Oszillator minus 14 DBm zur Modulatordiode. Die Modulatordiode ist ein Dämpfungsglied mit 75 Ohm, dessen Dämpfung von 35 DB bis mehr als 50 DB variiert werden kann; die Dämpfung wird dabei durch Änderung des Stroms durch die Modulatordiode geändert. Bei der Anwendung auf ein Videospiel beträgt der Diodenstrom in der Synchronisationsspitze (Signal mit höchster Amplitude) etwa 1 mA, und dies ergibt einen Diodenwiderstand von 25 Ohm. Beim weißen Bezugspegel beträgt der Diodenstrom 0,1 mA und der entsprechende Wert des Diodenwiderstandes ist 250 Ohm. Die Diodenimpedanz ist größer als die Quellen- und Lastimpedanz, und die Amplitude der Hochfrequenzspannung nähert sich daher einer linearen Funktion des Diodenstroms. Der Störausgang der zweiten Harmonischen für ein Modulationssignal von 3,58 Mhz beträgt minus 40 DB.

In Zusammenhang mit der Erfindung ist also zu beachten, daß ein Hochfrequenzoszillator und -modulator ein stabiles moduliertes

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Hochfrequenzsignal bei im Wert schwankender Spannungsquelle erzeugt, wobei in vorteilhafter Weise das Erfordernis einer kritischen Auswahl des Geräts bzw. von Schaltungsteilen entfällt. Am Oszillatorausgang wird durch eine Diode oder ein ähnlich wirkendes Schaltungsteil eine Vorspannung für den Oszillatortransistor bereitgestellt, wobei die Vorspannung zu dem Transistor durch den Oszillatorschwingkreis weitergegeben wird. In vorteilhafter Weise liefert 4ie Diode eine Vorspannung für einen Diodenmodulator, welcher mit dem Oszillatorausgang und einem Modulationssignal derart verbunden ist, daß der Diodenmodulator linear arbeitet.

Es hat sich gezeigt, daß der beschriebene erfindungsgemäß ausgebildete Oszillator und Modulator eine hohe Leistungsfähigkeit besitzt, wirtschaftlich ist und bei der Verwendung für Videospiele die gesetzlich und behördlich vorgeschriebenen Erfordernisse erfüllt. Verbesserungen und weitere Ausbildungen sind im Rahmen fachmännischen Handelns möglich.

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Claims

FRIEDRICH B. FISCHER 5000 KDLN 50 FATtNTANWAU SAAMTtAISl /1 Fairchild Camera and Instrument P 7719 Corporation 464 Ellis Street Mountain View, California 94040, V.St.A. Ansprüche

1.) Hochfrequenzoszillator mit geregelter Ausgangsleistung für einen vorgegebenen Speisepannungsbereich und mit niedrigem harmonischen Spannungsausgang, * gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) einen Bipolartransistor mit Emitter-, Basis- und

Kollektoranschlüssen; ·** b) eine Spannungsquelle;

c) eine Verbindung zwischen dem Transistor und der SpannungsquelIe;

d) eine Verbindung zwischen dem Transistor und der Schaltungserde;

e) einei Schwingkreis, welcher derart mit dem Transistor zusammenwirkt, daß eine Oszillationsfrequenz geliefert wird;

f) eine Verbindung zwischen dem Schwingkreis und einer Oszillatorausgangsklemme und

g) einen Diodenvorspannungsgeber mit festem Gleichspannungsabfall, welcher derart zwischen der Ausgangsklemme und der Schaltungserde eingeschaltet ist, daß

·* die feste Gleichspannung zu dem Transistor durch den Schwingkreis als Vorspannung weitergegeben wird.

2. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenvorspannungsgeber eine lichtemittierende Diode enthält.

3. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenvorspannungsgeber mehrere in Reihe geschaltete, an Vorwärtsvorspannung liegende Dioden aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenvorspannungsgeber eine in Gegenrichtung vorgespannte Zenerdiode enthält.

5. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Transistor und der Spannungsquelle eine Kapazität enthält, welche die Kollektorklemme mit der Schaltungserde verbindet, und einen Widerstand, welcher die Kollektorklemme mit der Spannungsquelle verbindet, wobei die Verbindung zwischen dem Transistor und der Schaltungserde einen Widerstandsspannungsteiler enthält und der Schwingkreis* mit dem Basisanschluß und dem Widerstandsspannungsteiler verbunden ist.

6. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das zusätzliche Merkmal:

g) eine Modulationsschaltung, welche mit der Oszillatorausgang sklemme derart verbunden ist, daß sie ein Modulationssignal aufnimmt und das Oszillatorsignal moduliert.

7. Hochfrequenzoszillator mit einer Modulationsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung eine Diode enthält, deren Anode mit der Oszillatorausgangsklemme verbunden ist, und deren Kathode so geschaltet ist, daß sie das Modulationssignal aufnimmt und das Modulationssignal herstellt

8. Hochfrequenzoszillator mit einer Modulationsschaltung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Filter, welches die Kathode der Diode mit einer Ausgangsklemme für das modulierte Hochfrequenzsignal verbindet.

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