DE2753629A1 - Schaltungsanordnung fuer spannungsgesteuerte oszillatoren - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer spannungsgesteuerte oszillatorenInfo
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Description
Ίΐ:. rj7 COC 3 ."/'JNCHEN 2
L. O 03 / 5OS7a4
München, den 1. Dezember 1977 Anwaltsa ktenz. : 27 - Pat. lt>2
Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173,
Vereinigte Staaten von Amerika
Schaltungsanordnung für spannungsgesteuerte Oszillatoren
Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf spannungsgesteuerte Oszillatoren, insbesondere auf solche, bei denen
der Ausgangskreis vom Abstimmkreis getrennt ist.
Die Verwendung von Varaktoren mit einer von der Spannung abhängigen
Kapazität zur Abstimmung von Resonanzkreisen ist allgemein bekannt. Durch Änderung der am Varaktor anliegenden
Vorspannung im Resonanzkreis eines Oszillators, z.B. eines Clapp-Oszillators, kann so die Frequenz des Ausgangssignals
des Oszillators beeinflußt werden. Dabei wird dies Ausgangssignal beim Clapp-Oszillator allgemein an einem Teil
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des Resonanzkreises abgegriffen mit der Folge, daß die Ausgangsleistung
sich abhängig von der Frequenz ändert. Um dennoch die Ausgangsleistung bei sicher ändernder Frequenz konstant zu
halten, ist eine zusätzliche Rückkopplung, wie sie z.B. den US-PS 3 370 254, 3 723 906 oder 3 899 755 entnehmbar ist,
erforderlich. Obwohl alle der hieraus bekannten Möglichkeiten äußerst wirksam sind und abstimmbare Oszillatoren mit einer
weitgehend konstanten Ausgangsleistung ermöglichen, bleiben dabei eine Reihe gleichwichtiger Probleme ungelöst, so z.B.
die Erzeugung von Geräuschen durch Frequenzmodulation (FM-Geräusche) des Oszillators und der Einfluß von Ausgleichsvorgängen
auf den Oszillator.
Um sehr kleine FM-Geräuschpegel bei Betrieb des Clapp-Oszillators
zu erzielen, muß der Gütefaktor Q aus der Kombination von Resonanzkreis des Oszillators und der Last so hoch wie
möglich sein. Bei einer direkt an den Resonanzkreis angeschlossenen Last aber wird der Gütefaktor Q durch die Last nach oben hin begrenzt, so daß bei jeder praktischen Ausführung ein merklicher Geräuschpegel in Kauf genommen werden muß. Weiterhin führt/den üblichen Clapp-Oszillatoren jegliche Fehlanpassung zwischen der Last und dem Oszillator zu dem als "Frequenzziehen" oder Verstimmung des Oszillators bekannten Phänomen. Die Anlaufzeit und die Drift nach Abstimmung von Oszillatoren der hier betrachteten Art wird in erster Linie von der Größe der für die Abstimmung verbrauchten Leistung bestimmt. Bei den
Üblichen Clapp-Oszillatoren ist der Varaktor des Resonanzkreises ebenso ein Bestandteil des Ausgangskreises. Damit aber ist die Größe der vom Varaktor verbrauchten Leistung ebenso abhängig von der Ausgangsleistung des Oszillators. Folglich läßt sich ein befriedigendes Arbeiten der Clapp-Oszillatoren nur bei niedrigen Leistungspegeln erreichen.
möglich sein. Bei einer direkt an den Resonanzkreis angeschlossenen Last aber wird der Gütefaktor Q durch die Last nach oben hin begrenzt, so daß bei jeder praktischen Ausführung ein merklicher Geräuschpegel in Kauf genommen werden muß. Weiterhin führt/den üblichen Clapp-Oszillatoren jegliche Fehlanpassung zwischen der Last und dem Oszillator zu dem als "Frequenzziehen" oder Verstimmung des Oszillators bekannten Phänomen. Die Anlaufzeit und die Drift nach Abstimmung von Oszillatoren der hier betrachteten Art wird in erster Linie von der Größe der für die Abstimmung verbrauchten Leistung bestimmt. Bei den
Üblichen Clapp-Oszillatoren ist der Varaktor des Resonanzkreises ebenso ein Bestandteil des Ausgangskreises. Damit aber ist die Größe der vom Varaktor verbrauchten Leistung ebenso abhängig von der Ausgangsleistung des Oszillators. Folglich läßt sich ein befriedigendes Arbeiten der Clapp-Oszillatoren nur bei niedrigen Leistungspegeln erreichen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für einen spannungsgesteuerten Oszillator zu schaffen, der auch
bei Auftreten von Ausgleichsvorgängen betriebsfähig ist, nur
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- 2Γ-
einen sehr geringen FM-Geräuschpegel aufweist und über den gesamten
Abstimmbereich eine konstante Ausgangsleistung liefert.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Schaltungsanordnung
gelöst, die gekennzeichnet ist durch ein Halbleiterelement mit drei Elektroden, von denen die erste
geerdet ist,
mit der zweiten Elektrode verbundene Schaltmittel, bestehend aus einer Induktivität, einem Kondensator und einem Varaktor,
die einen zur Innenkapazität zwischen den beiden ersten Elektroden parallel liegenden Resonanzkreis bilden,
einen Rückkopplungskreis, bestehend aus der Innenkapazität zwischen der ersten und der dritten Elektrode,
einen mit der dritten Elektrode verbundenen Ausgangskreis mit einem veränderbaren Kondensator zur Anpassung des Scheinwiderstandes
des Ausgangskreises,
Schaltmittel zur Beaufschlagung der zweiten und dritten Elektrode mit einer Vorspannung und zur Steuerung der Kapazität des
Varaktors und damit der Arbeitsfrequenz.
Bei einer derartigen Anordnung ist der Resonanzkreis wirksam vom Ausgangskreis bei optimaler Anpassung der Last getrennt,
so daß die eingangs beschriebenen Nachteile weitgehendst entfallen.
Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert
.
Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Schaltbild weist der spannungsgesteuerte Oszillator 10, nachfolgend einfach als
Oszillator 10 bezeichnet, einen npn-Transistor 12 auf mit einer ersten Elektrode 11 als Kollektor, einer zweiten Elektrode
13 als Basis und einer dritten Elektrode 15 als Emitter. Der Kollektor 11 ist direkt geerdet. Die Basis 13 ist mit
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einer Spule 17, einem Festwertkondensator 19 und einem Varaktor 21, im vorliegenden Falle eine Diode, in Reihe geschaltet. Der
nicht bezeichnete Anodenanschluß des Varaktors ist ebenfalls geerdet, während der Kathodenanschluß - ebenfalls nicht bezeichnet
- über eine Drosselspule 23 mit einem Ableitkondensator 25 und einer veränderbaren Spannungsquelle zur Beaufschlagung
des Varaktors mit einer positiven Vorspannung V+ verbunden ist. Der Resonanzkreis des Oszillators 10 besteht aus dem Varaktor
21, dem Festwertkondensator 19, der Spule 17 und der Kollektor-Basis-Kapazität des npn-Transistors 12. Die Kapazität des Varaktors
21 kann dabei durch Änderung des positiven Vorspannungspotentials V+ in an sich bekannter Weise geändert werden.
Da die Art und Weise der Änderung des positiven Vorspannungspotentials V+ keinen wesentlichen Bestandteil der Erfindung
darstellt, die Erfindung vielmehr ohne derartige Einzelheiten verstanden werden kann und viele Möglichkeiten hierzu
dem Fachmann bereits geläufig sind, wurde auf eine Darstellung derartiger Einzelheiten verzichtet. Die Drossel 23 und
der Kondensator 25 dienen dazu, die Hochfrequenz des Resonanzkreises des Oszillators 10 von der das positive Vorspannungspotential
V+ liefernden Spannungsquelle fernzuhalten.
Die erforderliche Rückkopplung des Oszillators 10 wird durch die Emitter-Kollektorkapazität des npn-Transistors 12 bewirkt.
Wie man sieht, wird das hochfrequente Ausgangssignal des Oszillators
10 vom Rückkopplungsnetzwerk abgeleitet, wobei ein Kondensator 27 zur Anpassung des verhältnismäßig niedrigen Scheinwiderstandes
der Emitter-Kollektor-Strecke des npn-Transistors 12 an die Last dient, die im vorliegenden Fall aus einer 50-Ohm-Leitung
besteht, die mit RF-OUTPUT bezeichnet ist. Der Kondensator 27 ist z.B. ein mechanisch abstimmbarer Kondensator
mit veränderlicher Kapazität, der aber durch einen Festwertkondensator ersetzt werden kann, wenn der optimale Kapazitätswert festliegt.
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Der Emitter 15 ist über eine Drossel 29 einerseits mit einem Ableitkondensator 31 und andererseits über einen Widerstand
sowohl mit einem Ableitkondensator 31' als auch mit einer ein
negatives Potential V- liefernden Spannungsquelle verbunden. Die Basis 13 ist mit diesem negativen Potential V- über eine
Drossel 39 und einem aus den Widerständen 35 und 37 bestehenden Spannungsteiler verbunden, wobei an den Spannungsteilerabgriff
ein Ableitkondensator 41 angeschaltet ist. Die Hochfrequenz des Resonanzkreises des Oszillators 10 wird demzufolge
auch von der das negative Vorspannungspotential V- liefernden Spannungsquelle ferngehalten.
Bei der bisher beschriebenen Anordnung ist der Ausgangskreis wirksam vom Resonanzkreis des Oszillators 10 getrennt. Dabei
wird zwar ein ungünstiger Einfluß, d.h. ein Gesamtleistungsverlust, infolge des Verlustes durch Fehlanpassung durch den
Kondensator 27 hingenommen. Weil jedoch der Resonanzkreis vom Ausgangskreis wirkungsvoll getrennt ist, hat die Abstimmung
des Resonanzkreises einen vernachlässigbaren Einfluß auf den Ausgangskreis. Auch die sehr gleichförmige Ausgangsleistung
für den gesamten Frequenzbereich des Oszillators ergibt sich ohne die Anwendung äußerer Rückkopplungsnetzwerke. Weiterhin
ermöglicht die wirkungsvolle Trennung von Resonanzkreis und Ausgangskreis einen Oszillator mit sehr niedrigem FM-Geräusch,
was sich bei den üblichen Clapp-Oszillatoren nicht erreichen
läßt, weil der Lastwiderstand ein wirksamer Bestandteil des Resonanzkreises ist. Ein weiterer durch die Trennung von Resonanz-
und Ausgangskreis erzielter Vorteil besteht in der Verringerung der Anlaufzeit und der Drift nach Abstimmung des Oszillators.
Man hat erkannt, daß die Oszillatoranlaufzeit und die Drift nach Abstimmung in großem Umfang von der im Varaktor verbrauchten
Leistung abhängig ist. Bei den üblichen Clapp-Oszillatoren, bei denen der Varaktor Bestandteil des Ausgangskreises ist,
fließt der Laststrom durch den Varaktor, so daß die Anlaufzeit und die Drift nach Abstimmung von der Ausgaigsleistung des
Oszillators abhängig ist.
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Durch Entfernung des Varaktors aus dem Ausgangskreis ist der Strom durch den Varaktor begrenzt, und man erhält damit einen
Oszillator mit guten Ausgleichseigenschaften.
Ein entsprechend aufgebauter Oszillator 10 weist lediglich eine Schwankung der Ausgangsleistung von 0,3 dB über einen
Bereich von 15% der Abstimmungsbandbreite auf. Die Werte für die einzelnen Schaltkreiselemente eines S-Band-Oszillators
ergeben sich aus der nachfolgenden Aufstellung:
npn-Transistor 12 Microwave Semiconductor Corp.80019
Widerstand 33 10 Ohm
Widerstand 35 150 0hm
Widerstand 37 1 K Ohm
Kondensator 19 3,9 pF
Kondensatoren 25, 31, 41, 31 1500 pF
Kondensator 27 Johanson 9410-2
Varaktor 21 Varian VAT 13N18 Diode
Spulen 23, 29, 39 4 Windungen
2,032 mm Innendurchmesser,2,54 mm jkvjU Λ/r. »Ψ lang
Spule 17 1-1/2 Windungen
2,032 mm Innendurchmesser, 2,54 mm JJtmkt Mt. *νψ* lang
Ausgehend von dem vorangehend erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind eine Reihe von weiteren Ausführungsformen entsprechend dem der Erfindung zugrunde liegenden
Lösungsprinzip möglich. Zum Beispiel können anstelle eines einzigen Abstimmvaraktors je ein Varaktor für die Grob-
und die Feinabstimmung verwendet werden. Die Erfindung ist also nicht auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt,
sondern allein durch den Inhalt und den Umfang der nachfolgenden Patentansprüche.
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eerseite
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung für einen spannungsgesteuerten, abstimmbaren
Oszillator, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Ein Halbleiterelement (12) mit drei Elektroden (11, 13, 15),
von denen die erste (11) geerdet ist, mit der zweiten Elektrode (13) verbundene Schaltmittel, bestehend
aus einer Induktivität (17), einem Kondensator (19) und einem Varaktor (21), die einen zur Innenkapazität zwischen
den ersten beiden Elektroden (11, 13) parallel liegenden Resonanzkreis bilden,
einen Rückkopplungskreis, bestehend aus der Innenkapazität
zwischen der ersten und der dritten Elektrode (11, 15), einen mit der dritten Elektrode (15) verbundenen Ausgangskreis
mit einem veränderbaren Kondensator (27) zur Anpassung des Scheinwiderstandes des Ausgangskreises und
Schaltmittel zur Beaufschlagung der zweiten und der dritten Elektrode (13, 15) mit einer Vorspannung und zur Steuerung
der Kapazität des Varaktors (21) und damit der Arbeitsfrequenz.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die drei Elektroden (11, 13, 15) aus dem Kollektor, der Basis und dem Emitter eines Transistors (12) bestehen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Festwertkondensator des Resonanzkreises
von der Basis-Kollektor-Kapazität gebildet wird.
k. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltmittel zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises aus einer Varaktordiode bestehen.
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'> ORIGINAL INSPECTED
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8330 | Complete renunciation |