DE3117741A1

DE3117741A1 - Oszillatorschaltung hoher frequenzstabilitaet

Info

Publication number: DE3117741A1
Application number: DE19813117741
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Chem. 8000 München Ulrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-05
Filing date: 1981-05-05
Publication date: 1982-11-25

Description

Oszillatorschaltung hoher Frequenzstabilität
Die Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung hoher Frequenzstabilität, insbesondere für Kapazitätsmessungen, mit mi einer Röhre oder einem Transistor, deren bzw. dessen Steuerelektrode an die von einer Spule mit Anzapfungen gebildete Induktivität eines Parallelschwingkreises angekoppelt ist, der außerdem mit der Anoden-Kathoden-Strecke verbunden ist.
Es ist allgemein bekannt, zur Messung einer Kapazität die Frequenz von Oszillatorschaltungen zu bestimmen, deren frequenzbestimmender Schwingkreis eine bekannte Induktivität und ale zu messende Kapazität enthält.
Während in der Gleichung die Frequenz eine funktionelle Abhängigkeit von dem Produkt von Induktivität und Kapazität hat, so daß bei Verwendung entsprechend bemessener Induktivitäten und Bestimmung der Freauenzen in einem weiten Frequenzbereich beliebige Kapazitäten gemessen werden können, ergeben sich praktisch wesentliche Einschränkungen, wenn die zu bestimmenden Kapazitäten etwa Plattenkondensatoren, beispielsweise einander gegenüber stehende Metallflächen einer Membrane einerseits und eines Gehäuses andererseits sind, so daß sich Kapazitätswerte in der Größenordnung von 25 pt einstellen. In diesem Falle führen die bekannten Oszillatorschaltungen zu Frequenzen von über 10 MHz, wenn bei unverändertem Kapazitätswert eine ausreichende Frequenzstabilität und damit eine Reproduzierbarkeit der Messung gefordert wird.
Derart hohe Oszillatorfrequenzen führen nun in dem Prüfling, nämlich dem Schwingkreiskondensator, zu Wirbelströmen und zu einer ungleichmäßigen dynamischen Ladungsverteilung, welche bewirkt, daß die effektive Kondensatorplattengröße von der theoretischen Kondensatorplattengröße verschieden ist. Hierdurch entstehen systematische Meßfehler.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Otzillatorschaltung der eingangs kurz beschriebenen Art so auszubilden, daß sich bei gegenüber bekannten Schaltungen niedrigerer Frequenz eine hohe Frequenzstabilität bezogen auf eine unveränderliche Schwingkre iskapazität, ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Schwingkreisinduktivität bildende Spule nur mit einem kleinen Bruchteil ihrer Windungen an die Anoden-Kathoden-Strecke der Röhre bzw. des Transistors angekoppelt ist, während sie in ihrer Gesamtheit parallel zu dem. Schwingkreiskondensator an die Steuerelektroden der Röhre oder des Transistors angekoppelt ist.
Durch diese Schaltung wird eine extrem lose Ankopplung des Schwingkreises an die Anoden-Kathoden-Strecke der Röhre oder des Transistors erreicht, wodurch Änderungen der schaltungstechnischen Werte der übrigen Schaltung auf die Verhältnisse im Schwingkreis im wesentlichen ohne Einfluß bleiben Die Ankopplung der die Schwingkreisinduktivität darstellenden Spule an die Anoden-kathoden-Strecke entbält vcrzugsweise einen kondensator, der zwischen eine Anzapfung der Spule und den Kathodenanschluß der Röhre bzw. den Emitteraps':?)vß des Transistors bzw. den Quellenanschluß des Feldefekttrnsistors geschaltet ist. Es ist somit eine galvanische Trennung der Schwingkreisinduktivität von dem Anodenkreis gegeben Die Ankopplung der die Schwingkreisinduktivität dars:llenden Spule an die Steuerelektrode enthält zweckmäßig eben alls einen Kondensator, welcher zwischen die verbinden zwis schein der Spule und dem Schwingkreiskondensator einerseits und die Steuerelektrode bzw. Basis der Röhre bzw. des Transistors ardererseits geschaltet ist.
Der Anodenanschluß oder kollcktoranschluß ist @emäß einer bevorzugten Ausführungsform über einen Kondensao mit einer Verstärkerröhre oder einem Verstärkertransistor, insbesondere einem Feldeffekttransistor verbunden, der seinerseits an den Schaltungsausgang angeschlossen ist.
Gemäß einem besonders wichtigen Merkmal einer weiteren Ausgestaltung ist der Temperatureinfluß auf die Schwingkriesinduktivität so klein wie möglich gehalten. Zu diesem Zwecke enthält die die Schwingkreisinduktivität darstellende Spule einen Träger, auf den der Leiter unter solcher mechanischer Vorspannung aufgewickelt ist, daß die elastische Dehnung aufqrund dieser mechanischen Vorspannung gleich oder größer als die hei Maximaltempertur auftretende Wärmedehnung ist. Der Träger besteht zweckmäßig aus Hartglas und Quarzglas und hat einen sehr kleinen Verlustfaktor sowie eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der hier angegebenen Oszillatorschaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, welche ein schematisches Schaltbild wiedergibt.
Die in der Zeichnung gezeigte Oszillatorschaltung enthält einen Oszillator 1 und einen damit verbundenen Verstärker 2. Der Oszillator weist einen Feldeffekttransistor Fl auf, dessen Basis in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise über einen Kondensator 3a mit einem Parallelschwingkreis 3 verbunden ist, zu dem ein Widerstand 4 parallel geschaltet ist.
Der Quellenanschluß des Feldeffekttransistors F1 ist über den Widerstand 5 geerdet, während der Ableitungsanschluß über einen Widerstand 6 mit der positiven Klemme einer Spannungsquelle in Verbindung steht. Zwischen Quellenanschluß und Ableitungsanschluß ist ein Kondensator geschaltet, wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist.
Die Anregung des Schwingkreises 3 erfolgt durch eine sehr lose Ankopplung dieses Schwingkreises an den Anodenkreis über einen Kondensator 7, der zwischen den Quellenanschluß des Feldeffekttransistors F1 einerseits und eine nur wenige Windungen der Schwingkreisinduktivität 8 abgreifenden Anzapfung 9 andererseits geschaltet ist. Eine zu bestimmende Kapazität einer gleichbleibenden oder einer abhängig von einem bestimmten Meßwert veränderlichen Größe ist in der Zeichnung mit 10 bezeichnet.
Die Kapazität 10 kann von einem Plattenkondensator gebildet sein, dessen Plattenabstand sich in Abhängigkeit von einer interessierenden Meßgröße ändert, derart, daß die Frequenz des Oszillators 1 aufgrund der Schaltungswerte in dem Schwingkreis 3 und, wegen der geforderten Konstanz der Induktivität, aufgrund der Änderung der Kapazität 10 entsprechend verstimmt wird.
Die Induktivität 8 wird bei einem praktischen Ausführungsbeispiel von einer mit Anzapfungen versehenen, eisenkernlosen Zylinderspule gebildet, welche eine einlagige, auf nonen rohrförmigen Träger aus Hartglas oder Quarzglas aufgebrachte Wicklung besitzt. Die Wicklung ist mit solcher Vorspannung des Leiters aufgebracht, daß die elastische Dehnung des Leiters aufgrund dieser Vorspannung größer ist als die bei maximaler Petriebstemperatur auftretende Wärmedehnung des Leiters.
Der von dem Ableitungsanschluß des Feldeffekttransistors F1 wegführende Ausgang 11 des Oszillators 1 ist mit dem E qanq des Verstärkers 2 über einen Kondensator 12 verbunden, welcher zwischen den Oszillatorausgang 11 und die Basis eines weiteren Feldeffekttransistors F2 gelegt ist. Die Basis dieses weiteren Feldeffekttransistors ist über den Widerstand 13 geerdet. Auch der Quellenanschluß dieses Feldeffekttransistors ist in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise geerdet, während der Ableitungsanschluß über einen Widerstand 14 an die positive Klemme einer Spannungsquelle gelegt ist. Der Verstärkerausgang ist mit 15 bezeichnet und hat zu dem Ableitungsanschluß des Feldeffekttransistors F2 Verbindung.
Die gezeigte Schaltung ermöglich. in hohem Maße reproduzierbare Messungen bei einer Frequenz von beispielsweise 5 Mz.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Oszillatorschaltung hoher Frequenzstabilität nsbesondere für Kapazitätsmessungen, mit einer Röhre oder en Transistor (F1), deren, bzw. dessen Steuerelektrode an von einer Spule mit Anzapfungen gebildete Induktivität 18) eines Parallel schwingkreises (3) angekoppelt ist, der außerdem -Qi , der Anoden-Rathoden-Strecke verbunden ist, dadurch gekennzeichet, daß die Spule (8) nur mit einem kleinen Pi-uch,ei3 (9) ihrer Windungen an die Anoden-Kathoden-Strecke der hre or des Transistors (F1) angekoppelt ist, während sie in ihrer Gesamtheit parallel zu dem Schwingkreiskondensator (10) an die Steuerelektrode an gekoppelt (3a) ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung der Spule (8) an die Anoden-Kathoden-Strecke der Röhre oder des Transistors (F) einen Kondensator (7) enthält, der zwischen eine Anzapfung (9) der Spule (8) und den Kathodenanschluß der Röhre bzw. den E.mitteransshluß des Transistors bzw. den Quellenanschluß des Peldeffekttransistors geschaltet ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung der Spule (8) an die Steuerelektrode der Röhre oder des Transistors (F1) einen Kondensator (3a) enthält, welcher zwischen die Verbindung zwischen der Spule und dem Schwingkreiskondensator (10) einerseits und die Steuerelektrode oder die Basis der Röhre bzw. des Transistors andererseits geschaltet ist.
4. Schaltung nach einer der Anspruche 1 bis 3, , dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenanschluß oder Kollektoranschluß über einen Kondensator (12) mit einer Verstärkerröhre oder einem Verstärkertransistor (F2), insbesondere einem Feldeffekttransistor, verbunden ist, der seinerseits an den Schaltungsausang (15) angeschlossen ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (8) einen Träger enthält, auf den der Leiter unter solcher mechanischer Vorspannung aufgewickelt ist, daß die elastische Dehnung aufgrund der Vorspannung gleich groß groß wie oder größer als die bei Maximaltemperatur auftretende Wärmedehnung des Leiters ist.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem Material mit kleinem Verlustfaktor und vernachlässigbarer thermischer Dehnung besteht.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Hartglas oder Quarzglas besteht.