DE3105134A1 - OBERTON QUARTZ OSCILLATOR - Google Patents
OBERTON QUARTZ OSCILLATORInfo
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- H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
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Description
Die Erfindung betrifft einen Oberton-Quarzoszillator mit FrequenzverStimmung.The invention relates to an overtone crystal oscillator with frequency detuning.
Ein bekannter Oberton-Quarzoszillator mit Frequenzverstimmung (US-Patent Nr. 4001724) hat das Dreipunkt-System von Colpitts mit einem Kaskadenausgang.( One known overtone crystal oscillator with frequency detuning (US Patent No. 4001724) has the Colpitts three-point system with a cascade output. (
In diesem System sind zur Erzielung eines geforderten Verstimmungsbereiches sowie zur Selektion der gewünschten Obertonschwingung zwei in Reihe und parallel mit einem Quarzresonator verbundene Induktionselemente verwendet.In this system are to achieve a required detuning range as well as two in series and parallel with a quartz resonator to select the desired overtone oscillation connected induction elements used.
Zur Frequenzverstimmung dient eine in Reihe mit dem dritten Induktionselement verbundene Kapazitätsdiode. Das vierte Induktionselement, das zwischen die Kapazitätsdiode und den Emitter des Transistors geschaltet ist, dient zur Beseitigung unerwünschter Schwingungen in dem System.A capacitance diode connected in series with the third induction element is used for frequency detuning. The fourth induction element, which is connected between the capacitance diode and the emitter of the transistor, is used to eliminate unwanted vibrations in the system.
Ein anderer bekannter Generator mit Frequenzverstimmung (US-Patent Nr. 3916344) arbeitet in der Butlerschen Dreitransistorschaltung. Ein aus einer Parallelschaltung aus Quarzresonator und Induktivität bestehender Zweipol ist zwischen die Emitter der den Resonanzverstärker bildenden Transistoren geschaltet. Die Belastung des ersten Transistors in dem Verstärker bildet ein paralleler, aus einer zweiten Induktivität und aus einer veränderlichen Kapazität in Form einer Kapazitätsdiode bestehender Resonanzkreis.Another known frequency detuning generator (US Pat. No. 3,916,344) operates in the Butler three transistor circuit. A two-pole connection consisting of a parallel connection of a quartz resonator and an inductance is connected between the emitters of the transistors forming the resonance amplifier. The load on the first transistor in the amplifier forms a parallel, from a second inductance and from a variable capacitance A resonance circuit in the form of a capacitance diode.
Die beschriebenen Schaltungen sind sehr kompliziert und erfordern den Einsatz von mindestens zwei Induktivitäten, die zu einer schlechten Temperaturstabilität und unzureichender Stabilität der Frequenz des Generatorsignals führen.The circuits described are very complicated and require the use of at least two inductors, the lead to poor temperature stability and insufficient stability of the frequency of the generator signal.
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Die Induktionselemente sind außerdem Elemente mit großem Volumen und sind in der Montage mit Rücksicht auf die Notwendigkeit der Abschirmung schwierig zu handhaben.In addition, the induction elements are large-volume elements and are assembled with the necessity in mind the shield difficult to handle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung mit einer möglichst geringen Zahl von Induktionselementen zu entwickeln und die Stabilität der verstimmten Frequenzen der Oberton-Quarzoszillatoren zu verbessern.The invention is based on the object of a circuit with to develop the smallest possible number of induction elements and the stability of the detuned frequencies of the To improve overtone crystal oscillators.
Das Wesen der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß zwischen die Basis des Transistors und den gemeinsamen Punkt in Reihe ein aus einer Induktivität und einer Kapazität zusammengesetzter Zweipol geschaltet ist, der zusammen mit der zwischen die Basis und den Emitter des Transistors geschalteten Kapazität einen Reihenkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz größer ist als die der Grundresonanzfrequenz des Quarzresonators, jedoch kleiner als die Frequenz der benutzten Schwingung des Oberton-Quarzresonators; zwischen den gemeinsamen Punkt und den Emitter, des Transistors ist in Reihe ein aus der verstimmenden Kapazität und dem Quarzresonator zusammengesetzter Zweipol geschaltet. Der erfindungsgemäße Oszillator ist durch einen weiten Verstimmungsbereich und gute . Stabilität der Signalfrequenz gekennzeichnet, die sich aus der Begrenzung der Anzahl der Induktionselemente auf nur eine Induktivität ergibt, welche zur Selektion der gewünschten Obertonschwingung und zur Erweiterung des Verstimmungsbereiches der Frequenz dient. The essence of the circuit according to the invention is that between the base of the transistor and the common point in series a composed of an inductance and a capacitance Two-pole is connected, which is connected together with the between the base and the emitter of the transistor Capacitance forms a series circuit, the resonance frequency of which is greater than that of the basic resonance frequency of the quartz resonator, but smaller than the frequency of the oscillation of the overtone quartz resonator used; between the common Point and the emitter of the transistor is a series composed of the detuning capacitance and the quartz resonator Two-pole switched. The oscillator according to the invention has a wide detuning range and is good. Stability of the signal frequency characterized, resulting from the limitation of the number of induction elements to only results in an inductance which is used to select the desired overtone oscillation and to expand the detuning range of the frequency.
Diese Merkmale hält der Oszillator in dem ganzen Frequenzbereich der zur Zeit herzustellenden Quarzresonatoren auch im Bereich der Meterwellen (bis ca. 300 MHz) ein.The oscillator maintains these characteristics in the entire frequency range of the quartz resonators currently being manufactured in the meter wave range (up to approx. 300 MHz).
Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing; show it:
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Figur 1 die grundsätzliche Schaltung des erfindungsgemäßen Oszillators uncFigure 1 shows the basic circuit of the oscillator according to the invention unc
Figur 2 eine praktische Lösung der Schaltung eines auf einer Frequenz von 132,7 MHz arbeitenden Oszillators, der im Bereich der Meterwellen besonders bevorzugt ist.FIG. 2 shows a practical solution for the circuit of one operating at a frequency of 132.7 MHz Oscillator, which is particularly preferred in the meter wave range.
In Fig. 1 ist zwischen den Emitter des Transistors 1 und den gemeinsamen Punkt 2 ein aus einer Induktivität 3 und Kapazitäten 4 und 5 zusammengesetzter Reihenresonanzkreis geschaltet. Dieser Kreis entscheidet über die ausgewählte Schwingung des Obertonresonators 6. Hierzu werden die Werte der Elemente 3 und 5 so gewählt, daß die Resonanzfrequenz des genannten Kreises höher wird als die Frequenz der Grundschwingung des Quarzresonators 6, jedoch kleiner als die Frequenz der ausgewählten Schwingung des Obertonresoantors. Praktisch soll die durch den oben genannten Resonanzkreis gebildete Reaktanz bezüglich des Moduls der Reaktanz gleich werden, die durch die statische Kapazität des Quarzresonators bei der Arbeitsfrequenz des Oszillators gebildet ist. In Fig. 1 is between the emitter of the transistor 1 and the common point 2 from an inductance 3 and capacitors 4 and 5 connected composite series resonance circuit. This circle decides on the selected vibration of the overtone resonator 6. For this purpose, the values of elements 3 and 5 are chosen so that the resonance frequency of the above Circle is higher than the frequency of the fundamental oscillation of the quartz resonator 6, but smaller than the frequency of the selected Oscillation of the overtone resonator. In practice it should reactance formed by the above-mentioned resonance circuit with respect to the modulus of the reactance become equal to that determined by the static capacitance of the quartz resonator is formed at the operating frequency of the oscillator.
Eine Reihenschaltung aus dem Quarzresonator 6 und einer Verstimmungskapazität 7 ist zwischen den Emitter des Transistors 1 und den gemeinsamen Punkt 2 geschaltet. Bei der Arbeitsfrequenz des Oszillators hat dieser Zweig kapazitiven Charakter, was die Arbeit des Resonators unter der Reihenfrequenz der Resonanz der ausgewählten Obertonschwingung voraussetzt.A series connection of the quartz resonator 6 and a detuning capacitance 7 is connected between the emitter of transistor 1 and the common point 2. At the working frequency of the oscillator, this branch has a capacitive character, which presupposes the work of the resonator at the series frequency of the resonance of the selected overtone oscillation.
Der in diesem Frequenzbereich arbeitende Resonator ist gekennzeichnet durch eine beträchtliche Nachgiebigkeit gegenüber der FrequenzverStimmung mittels einer äußeren Reaktanz mit Rücksicht auf eine kleine Neigung der Reaktanzänderungen des Resonators in Abhängigkeit von der Frequenz.The resonator working in this frequency range is marked by considerable compliance to frequency detuning by means of an external reactance with regard to a small slope of the reactance changes of the resonator as a function of the frequency.
Als Verstimmungselement der Oszillatorfrequenz dient der Kondensator 7 mit veränderlicher Kapazität, der meistens in Form einer Kapazitätsdiode realisiert wird.As a detuning element of the oscillator frequency, the capacitor 7 is used with variable capacitance, which is usually in Form of a capacitance diode is realized.
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Das Arbeitsprinzip der.in Fig. 2 dargestellten Schaltung ist gleich wie bei der grundsätzlichen Schaltung. Die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen Schaltungen sind auf die Erdung einer anderen Elektrode des Transistors 8, den Einsatz eines Widerstandes 9, der über die Zwischenelektrodenkapazität des Quarzresonators 10 die unerwünschten Schwingungen dämpft, sowie den Einsatz einer Diode 11 mit einem Isolierwiderstand 12 als veränderlicher Kapazität beschränkt. Die Erdung der Basis des Transistors 8 in der in Frage kommenden Schaltung ergibt sich aus dem Streben nach einer Verminderung der schädlichen Zwischenelektrodenkapazitäten des Widerstandes 10, deren wesentliche Komponente die Kapazitäten zwischen den Elektroden und dem üblicherweise, metallischen Gehäuse des Quarzresonators bilden. Diese Kapazitäten werden in der Schaltung der Fig. 2 nicht zur Zwischenelektrodenkapazität des Widerstandes 10 addiert, sondern sie erhöhen nur unbeträchtlich die Kapazitäten 13 und 14, ohne ungünstige Folgen zu verursachen .The working principle of the circuit shown in FIG is the same as with the basic circuit. The main differences between these circuits are due to the Grounding another electrode of the transistor 8, the use of a resistor 9, the inter-electrode capacitance of the quartz resonator 10 dampens the undesired vibrations, as well as the use of a diode 11 with an insulating resistor 12 limited as variable capacity. The grounding of the base of transistor 8 in the circuit in question results from the pursuit of a reduction in the harmful interelectrode capacitances of the resistor 10, the main component of which is the capacitance between the electrodes and the usually metallic housing of the Form quartz resonator. In the circuit of FIG. 2, these capacitances do not become the interelectrode capacitance of the Resistance 10 is added, but they only increase the capacities 13 and 14 insignificantly without causing unfavorable consequences .
Der Einsatz des die unerwünschten Schwingungen dämpfenden Widerstandes 9 wird notwendig bei Arbeitsfrequenzen über 60 MHz, und zwar wegen der mit der Frequenzsteigerung stark abnehmenden Reaktanz, die durch die Zwischenelektrodenkapazität des Widerstandes 10 gebildet wird und somit wegen der erhöhten Neigung der Schaltung zur Erregung nicht unerwünschter Schwingungen.The use of the resistance to dampen unwanted vibrations 9 becomes necessary at working frequencies above 60 MHz, because of the decrease sharply with the increase in frequency Reactance formed by the inter-electrode capacitance of the resistor 10 and thus because of the increased slope the circuit to excite unwanted vibrations.
Der Kondensator 14 dient zur präzisen Auswahl der Reaktanz mit induktivem Charakter, die durch Parallelschaltung des Kondensators 14 mit der Induktivität 15 gebildet wird. Dies ist aus praktischen Gründen vorzuziehen, weil die Induktivität 15 als Element mit stabilem Wert, also als ein nicht regelbares Element, ausgeführt werden soll.The capacitor 14 is used for the precise selection of the reactance with an inductive character, which is achieved by connecting the capacitor in parallel 14 is formed with the inductance 15. This is preferable for practical reasons because the inductor 15 as Element with a stable value, i.e. as a non-controllable element, is to be executed.
Die Kondensatoren 16, 17 und 18 dienen zum Abtrennen der festen Komponente von der veränderlichen Komponente der Span nungen und Ströme.in der Schaltung. In der Schaltung wurde ein Gesamtver-The capacitors 16, 17 and 18 serve to separate the solid component from the variable component of the voltages and voltages Currents. In the circuit. In the circuit, an overall
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— ο ~"- ο ~ "
Stimmungsbereich von ca. 50 kHz erreicht, was relative Fre-Tuning range of approx. 50 kHz, which means relative fre-
-4
quenzänderungen von 3,8-10 bedeutet.-4
means frequency changes of 3.8-10.
Widerstand 10 (Schwingung des siebenten Obertones)Resistance 10 (oscillation of the seventh overtone)
Typ T 807/8 der Firma C.E.P.E.Type T 807/8 from C.E.P.E.
Die Parameter des Oszillators aus Fig. 2 und im besonderen seine hohe Arbeitsfrequenz und sein weiter Verstimmungsbereich machen ihn besonders für den Einsatz u.a. in Funkfernsprechern UHF/FM mit direkter Frequenzmodulation geeignet.The parameters of the oscillator from FIG. 2 and in particular its high operating frequency and its wide detuning range make it particularly suitable for use in UHF / FM radio telephones with direct frequency modulation.
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