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Integrierte amplitudengeregelte Oszillatorschaltung
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Die Erfindung betrifft eine monolithisch in Bipolartechnik integrierte
amplitudengeregelte Oszillatorschaltung mit einem Operationsverstärker entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik In dem Buch von F.Bergtold "Schaltungen mit Operationsverstärkern",
Band 2, 1973, Seiten 44 bis 60 sind Oszillatorschaltunqen mit Operationsverstärkern
beschrieben, wovon die Schaltung nach Bild 15 auf Seite 54 diejenige ist, von der
der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht. Der Operationsverstärker ist dabei ein
monolithisch integrierter Verstärker, während die im Mitkopplungskreis liegende
Teilschaltung zur Amplitudenregelung aus diskreten Bauelementen besteht. Das steuernde
Element im Mitkopplungskreis ist dabei ein Feldeffekttransistor, der als steuerbarer,
jedoch nichtlinearer Widerstand wirkt.
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Aufgabe Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Oszillatorschaltung
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so aufzubauen, daß die Regelcharakteristik
bei Realisierung der Schaltung in monolithischer Bipolartechnik möglichst linear
ist. Diese Aufgabe wird mittels der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine Weiterbildung ist in Anspruch 2 gekennzeichnet,
Darstellung
der Erfindung Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt, teilweise nach Art eines Blockdiagramms, die Schaltung
eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und Fig. 2 zeigt, teilweise nach Art eines
Blockdiagramms, das Schaltbild einer weitergebildeten Ausführungsform.
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In Fig. 1 ist der Operationsverstärker 1 gezeigt, zwischen dessen
Ausgang 19 und dessen invertierendem Eingang 11 der frequenzbestimmende Kreis 7
liegt, der in Fig. 1 als RC-Doppel-T-Glied ausgebildet ist, das über die entsprechenden
äußeren Anschlüsse 11', 19' an die integrierte Schaltung angeschlossen ist. Am Ausgang
19 des Operationsverstärkers liegt die Gleichrichterstufe 5 mit dem zugehörigen
Siebglied 6.
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Die Gleichrichterstufe 5 besteht aus dem Transistor T5, der über den
zwischen dem Ausgang 19 des Operationsverstärkers 1 und dem Bezugspotential liegenden
Spannungsteiler R51, R52 an seiner Basis angesteuert wird und dessen Kollektor an
der Betriebsspannung UB liegt. Der Ausgang 59 der Gleichrichterstufe 5, an den über
die Klemme 59' das RC-Glied C6, R6 angeschlossen ist, liegt am nichtinvertierenden
Eingang 22 des Komparatorverstärkers 2. Hierbei handelt es sich im Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 ebenfalls um einen Operationsverstärker, an dessen invertierendem Eingang
die aus der Betriebs spannung UB mittels des Spannungsteilers R21, R22 abgeleitete
und über den Vorwiderstand R23 sowie den Transistor T21 zugeführte Referenzspannung
Uref liegt. Der Kollektor des Transistors T21 liegt an der Betriebsspannung UBt
seine Basis am Spannungsteiler R21, R22
und sein Emitter am Widerstand
R231er dient der Temperaturkompensation. Zwischen dem invertierenden Eingang 21
und dem Ausgang 29 des Komparatorverstärkers 2 liegt ferner der Widerstand R24.
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Am Ausgang 29 entsteht somit in Abhängigkeit von der Amplitude des
am Ausgang 19 des Operationsverstärkers 1 entstehenden Signals eine Gleichspannung,
die weitgehend linear von der Amplitude abhängig ist. Diese Gleichspannung liegt
am Eingang 31 des Spannungs-Strom-Wandlers 3, der im Ausführungsbeispiel nach Fig.
1 aus der Stromübersetzerschaltung mit den Transistoren T31, T32 und aus dem den
Ausgangsstrom IR bestimmenden Widerstand R3 besteht. Bei den Transistoren T31, T32
handelt es sich um pnp-Transistoren, die mit ihren Emittern an der Betriebs spannung
Uß liegen und deren Basen miteinander verbunden sind. Der Transistor T31 ist ferner
durch die gezeigte direkte Verbindung von Basis und Kollektor als Diode betrieben.
Der Widerstand R3 bestimmt in Abhänqiqkeit von der Gleichspannung am Ausgang 29
des Komparatorverstärkers 2 den im Transistor T31 fließenden Strom,der, als Ausgangs-
bzw. Regelstrom IR entsprechend übersetzt, am Ausgang 39 entnommen werden kann.
Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich dabei durch Wahl der Basis-Emitter-pnÜbergangsfläche
der beiden Transistoren T31, T32.
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Der Regel strom IR wird nun in der spannungsgesteuerten Stromwenderstufe
4 hinsichtlich seiner Polarität bezüglich eines konstanten Werts so umgeformt, daß
der åm Ausgang 49 entnehmbare Strom I im Takt der Oszillatorfrequenz um diesen Mittelwert
rechteckförmig schwankt. Dazu ist der aus den Transistoren T41, T42 bestehende Differenzverstärker
vorgesehen, dessen Emitterkreis der Regelstrom IR über den Stromeingang 42 zugeführt
ist. In den Kollektorkreisen der beiden Transistoren T41, T42 liegt die aus den
Transistoren T43
T44 bestehende Stromübersetzerschaltung, während
die Basis des Transistors T41 als Spannungseingang 41 dient, der am Ausgang 19 des
Operationsverstärkers 1 liegt. Bei der im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gewählten
Polarität der Betriebsspannung UB sind die Transistoren T41, T42 wiederum pnp-Transistoren,
dagegen die Transistoren T43, T44, ebenso wie der Transistor der Gleichrichterstufe
5*, npn-Transistoren. Der Ausqanq 49 der spannungsgesteuerten Stromwenderstufe 4
liegt an Basis und Kollektor des Transistors T42, die direkt miteinander verbunden
sind.
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Der pulsierende Strom I ist dem nichtinvertierenden Eingang 12 des
Operationsverstärkers 1 zugeführt, wobei mittels des im Vergleich zum Eingangswiderstand
des Operationsverstärkers 1 niederohmigen Widerstandes R13 bewirkt wird, daß aus
dem pulsierenden Stiom I die vom Operationsverstärker 1 zu verarbeitende pulsierende
Spannunq U wird, Der Arbeitspunkt am nichtinvertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers
1 ist dabei durch den Spannungsteiler R11, R12 eingestellt, an dessen Abgriff der
Widerstand R13 liegt, wobei am Abgriff etwa die Hälfte der Betriebsspannung UB auftritt;
In Fig, 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildung gezeigt, Das Schaltbild der Fig. 2
entspricht im wesentlichen dem der Fig. 1, so daß gleiche Bauteile in beiden Figuren
mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Die Weiterbildung besteht in Fig. 2 darin,
daß die Anlaufhilfe-Stufe 8, 9 vorgesehen ist, die einen dem Ausgangsstrom des Spannungs-Strom-Wandlers
3 proportionalen Strom in der Gleichrichterstufe 5 vorgibt. Hierzu ist zwischen
den Ausgang 29 des Komparatorverstärkers 2 und den Eingang 31 des Spannungs-Strom-Wandlers
3 die weitere Stromübersetzerstufe 8 aus den Transistoren T81, T82 geschaltet'die
ihrerseits wiederum die Stromübersetzer-* und Transistor T2t
stufe
9 mit den Transistoren T91, T92 steuert. Der Kollektor des Transistors T92 liegt
als Ausgang der Stromübersetzerstufe 9 am Kollektor des Transistors T5. In Fig.
2 sind die Transistoren T91, T92 pnp-2ansistoren und die Transistoren T81, T82 npn-Transistoren.
Es gilt also allgemein in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2, daß die
Transistoren der Stufen 3 und 9 sowie die Transistoren T41, T42 der Stufe 4 zu den
Transistoren der Stufen 5 und 8 sowie zu den Transistoren T43, T44 der Stufe 4 komplementär
sind.
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Durch die entsprechend der Erfindung vorgenommene Umwandlung der der
Amplitude des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 1 linear entsprechenden
Regelspannung in den Regel strom IR, durch die vorgenommen Aufschaltung des der
Schwingfrequenz entsprechenden Signals in der spannungsgesteuerten Stromwenderstufe
4 und durch die Rückwandlung dieses Stromes über den Widerstand R13 in die Steuerspannung
U ergibt sich die beabsichtige lineare Regelkennlinie in Verbindung mit der Realisierbarkeit
der gesamten Oszillatorschaltung in einheitlicher Halbleitertechnik, nämlich der
monolithischen Bipolartechnik.
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Die amplitudengeregelte Oszillatorschaltung nach der Erfindung ist
besonders für niederfrequente Oszillatorschaltungen im Bereich von 100 Hz bis 1
kHz geeignet.
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Die Erfindung kann bevorzugt als Pilotton-Oszillator von Funksprechgeräten
verwendet werden.
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2 Blatt Zeichnung mit 2 Figuren
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