DE3107446A1 - Spannungsgesteuerter sinus-oszillator - Google Patents

Description

• B E 5 C H R E 1 B U N G
• Spannungsgesteuerter Sinus-Oszillator Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Bei Sin#ts-Oszillatoren, die sich in einem weiten Bereich kontinuierlich zwischen einer unteren Frequenz f und einer oberen Grenzu frequenz f auf eine beliebige Frequenz abstimmen lassen, muß ein er-0 heblicher schaltungstechnischer und Bauelemente-Aufwand betrieben werden, wenn die nichtlinearen Verzerrungen der Ausgangsspannung in allen Frequenzbereichen sehr gering sein sollen.-fs hat sich als günstig erwiesen, einer Schaltung zur Erzeugung einer periodischen, amplitudenkonstanten Sinus-Schwingung einen Tiefpaß nachzuschalten, durch den alle Oberwellen schon ab der zweiten Harmonischen stark abgesenkt werden und so eine extrem klirrarme Ausgangsspannung der gewünschten Grundfrequenz zur Verfügung steht.
• Die obere Grenzfrequenz dieses Tiefpasses muß bei abstimmbaren Oszillatoren veränderbar sein, d.h. sie muß der Frequenzeinstellung automatisch angepaßt werden. Derartige Mitlauffilter sind bekannt, wobei die Frequenzabhängigkeit durch Mehrfach-Potentiometer, Variometer oder Drelikondensatoren erreicht wird, deren Drehachsen entweder direkt oder über ein mechanisches Getriebe mit dem Steller zur Einstellung frequenzgekoppelt ist.
• Bei spannungsgesteuerten Oszillatoren-ist eine derartige Verkopplung mechanisch angetriebener Einstell-Elemente nicht ohne weiteres möglich.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 jgenannten Art zu finden, mit der sowohl die Frequenz des Oszillators im gewünschten Bereich, als auch die obere Grenzfrequenz des nachgeschalteten Tiefpaß -Filters kontinuierlich verändert werden können.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen naher erläutert.
• Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild der kombinierten Oszillator-Filteranordnullg.
• Uer Ausgang 1 des Oszillators 2 ist mit dem Eingang 3 des Tiefpaß-Filters verbunden. Beide Scbaltungsgruppen werden über die Leitungen 5 und 6 von einer Gleichspannungs bzw. Stromquelle UST (IST) angesteuert, die an den Anschluß 7 geführt wird. Die Höhe dieser Spannung bestimmt die Frequenz f der Oszillatorschaltung 2 und die obere Grenzfrequenz des Tiefpaß-Filters 4. Die von Oberwellen befreite Ausgangsspannung steht an der Ausgangsbuchse 8 zur Verfügung.
• ßrfindungsgemäß werden sowohl zur Ansteuerung des Oszillators als auch zur Variation der Grenzfrequenz des Tiefpaß-Filters die bekannten Opto-Koppler herangezogen. Dabei wird jeweils der Strahler (Leuchtdiode) von einem Steuerstrom i ST durchschlossen, der der Höhe der Steuerspannung 1151ST I#roportional ist oder iiber vorgeschaltete elektronische Bauelemente mit nichtlinearer Kennlinie (z.B. VTll-Widerstand oder PNP-Diodenkette) einen bestimmten strom- bzw. spannungsabhängigen Verlauf aufweist. Von diese Strahler wird mindestens ein Fotowiderstand beleuchtet, dessen Widerstand sich mit dem auftreffenden Lichtstrom ändert. Die beleuchtungsabhängigen Widerstandsänderungen werden zur direkten Steuerung des Oszillators und des Tiefpaß-Filters ausgenutzt.
• Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt der Stromlauf in Fig. 2.
• Der Oszillator 2 arbeitet nach der bekannten Wien-Brücken-Schaltung mit einem Operationsverstärker 9 als aktives Verstärkerelement. Die frequenzbestimmenden Bauelemente sind gegeben durch die beiden Fotowiderstände 10 und 11, die im Opto-Koppler 12 integriert sind und die beiden Kondensatoren 13 und 14. Wird der Strahler 15 im Opto-Koppler 12 von einem Steuerstrom # iST durchflossen, ändert sich der Widerstand der beiden Fotowiderstände 10 und 11 in gleicher Weise und bestimmt so die Frequenz der Oszillator-Ausgangsspannung am Schaltungslnlllkt 1.
• Auch im Tiefpaß 4 ist ein Operations-Verstärker 9 so geschaltet, daß er in Verbindung mit den Fotowiderständen 10 und 11' im Opto-Koppler 12 und den Kondensatoren 16 und 17 als Aktivpaß arbeitet.
• Dessen obere Grenzfrequenz ändert sich in Abhängigkeit vom Widerstand der Fotowiderstände 10' und 11', die durch den vom Steuerstrom iST durchflossenen Strahler 15' beleuchtet werden.
• Die Schaltung ist so dimensioniert, daß sich mit steigendem Steuerstrom # ST und dementsprechend geringer werdenden Widerstandswerten der Fotowiderstände die Frequenz des Oszillators und die obere Grenzfrequenz des Tiefpaß-Filters annähernd gleichlaufend verringert.
• Der Steuerstrom # iST kann durch ein den Strahlern 15 und 15t vorgesciialtetes lineares oder nichtlineares Bauelement 18 bzw. eine Bauelemente-Kombination, in eine beliebige Abhängigkeit von der Höhe der Steuerspannung gebracht werden. Dieses ist beispielsweise dann erforderlich, wenn sich mit linear ensteigender Steuerspannung UST eine logarithmisch steigende Frequenzänderung einstellen soll.
• Beide Bausteine 2 und 4 sind als selbstständige Funktionsgruppen anzusehen. Für die erfindungsgemäße Aufgabe sind an den Verbindungsstellen 1 und 3 über einen Koppelkondensator 19 und über einen Gegenkopplungszweig miteinander verbunden.
• Üblicherweise wird bei einer Wien-Brücken-Schaltung mit Operationsverstärkeren der Gegenkopplungs-Widerstand 20 direkt vom Operationsverstärker-Ausgang an den invertierenden Eingang zurückgeführt, wobei gleichzeitig von diesem Ausgang ein Widerstand mit positivem Temperatur-Koeffizienten zur Erzielung einer temperaturunabhängigen Ausgangsspannung gegen Masse geschaltet wird.
• In der vorgeschlagenen Schaltungsausführung nach Fig. 2 wird die Gegenkopplungsspannung vom Ausgang des nachgeschalteten Tiefpasses auf den invertierenden Eingang zuriickgefiihrt und ein Kaltleiter, d.h.
• ein Widerstand 21 positiven Koeffizienten gegen Masse geschaltet.
• Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß neben der Temperaturkompensation auch Amplitudenfehler infolge nichtexakten Gleichlaufs zwischen Oszillator und Tiefpaß automatisch korrigiert werden.
• Die durch Gleichlauffehler bedingten Amplitudenfehler liegen ohne die erfindungsgemäße, vom Ausgang des Tiefpaßfilters zuntckgefijhrte Gegenkopplung in der Toleranz von ca. 3 db. Mit einem Gegenkopplungsfaktor von z.B. 6 db ergibt sich ein Amplitudengang innerhalb i Idb iiber dem ganzen Abstimmbereich.
• Da diese Gegenkopplungsspannung praktisch nur die extrem klirrarme (;rundfrequenz enthielt, ergibt sich zwar damit eine prnpol-tiollale # Absenkung der Grundwelle, d.h. eine relative zunahme der Oberwellen all Ausgang. Das ist aber bedeutungslos, weil diese durch die Wirkutlg des Tiefpaß-Filters in weit höherem Maße reduziert werden. Insgesamt beträgt die Verringerung der Klirranteile in dem Beispiel nach Abb. 2 ca. 20 db. Auch hinsichtlich der Temperaturunabhängigkeit werden extrem günstige Werte mit praktisch vollständiger Kompensation im Intervall von 100 bis +400C erreicht.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE Schaltungsanordnung für einen spannungsgesteuerten Oszillator mit nachgeschaltetem mitlaufendem aktivem Tiefpaß-Filter, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere, in Opto-Kopplern enthaltene Foto-Widerstände in die frequenzbestilenden Glieder des Oszillators- und/oder des Tiefpaß-Filters aufgenommen werden und die in den Opto-Kopplern enthaltenen Strahler-Elemente von extern zugeführten, in weiten Grenzen variablen Steuergleichströmen durchflossen werden.
2. 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Strahler-Eletpenten in den Opto-Kopplern mindestens ein oder mehrere spannungsabhängige Widerstände geschaltet sind.
3. 3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungserzeuger ein spannungsgesteuerter Funktions-Generator und im nachgeschalteten aktiven Mitlauf-Filter ein Opto-Koppler eingesetzt wird.

   oi.) Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgang des Tiefpaßfilters eine Gegenkopplungsspannung abgegriffen und über einen Spannungsteiler in den invertierenden Eingang des Oszillator-IC's eingespeist wird und daß der Fußpunktwiderstand dieses Spannungsteilers durch einen temperaturabhängigen Widerstand gebildet wird.