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Spannungsgesteuerter RC-Oszillator
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Die Erfindung betrifft einen spannungsgesteuerten RC-Oszillator mit
wenigstens einem rückgekoppelten Operationsverstärker zur Erzeugung von Rechteckimpulsen.
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Aus der 'xFunkschàu't 1977, Heft 11, Seiten 466 bis 470, ist insbesondere
aus den Bildern 4 und 5 und der zugehörigen Beschreibung auf Seite 467 ein derartiger
RC-Oszillator bekannt. Der bekannte Oszillator weist eine erhebliche Anzahl extern
zugeschalteter Bauelemente auf und verfügt außerdem nur über einen einzigen Ausgang,
so daß das im vorliegenden Falle gewünschte Gegentakt-Ausgangssignal durch zusätzliche
Maßnahmen erzeugt werden muß. Diese zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen können beispielsweise
in der Nachschaltung eines Inverters bestehen, abgesehen von dem dadurch weiter
steigenden Aufwand ist aber in diesem Falle eine ausreichende Symmetrie nur schwierig
zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, für einen spannungsgesteuerten
RC-Oszillator der eingangs erwähnten Art eine wenig aufwendige Lösung anzugeben,
die über einen Gegentaktausgang verfügt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erster Operationsverstärker
vorgesehen ist, dessen positiver Eingang über einen ersten Widerstand und dessen
negativer Eingang über einen zweiten Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers
und mit einem ersten Signalausgang verbunden sind, daß ein zweiter
Operationsverstärker
vorgesehen ist, dessen positiver Eingang über einen dritten Widerstand und dessen
negativer Eingang-über einen vierten Widerstand mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers
und mit einem zweiten Signalausgang verbunden sind, daß die negativen Eingänge über
einen Kondensator und die positiven Eingänge der beiden Operationsverstärker über
wenigstens einen Widerstand miteinander und symmetrisch mit einer Betriebsspannung
verbunden sind. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß,
sofern nur Operationsverstärker mit annähernd gleichen Schwellspannungen verwendet
werden, keine Gefahr der Erzeugung von zwei verschiedenen Frequenzen besteht.
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Zweckmäßige Ausbildungen des erfindungsgemäßen Oszillators sind in
den Patentansprüchen 2 bis 4 beschrieben.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert
werden. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen RC-Oszillator nach der Erfindung und
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Spannungsabhängigkeit der Schwingfrequenz
des Oszillators nach Fig. 1.
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In der Fig. 1 ist die Schaltung des spannungsgesteuerten RC-Oszillators
dargestellt. Der Oszillator enthält einen ersten Operationsverstärker OA1, dessen
positiver Eingang El über einen ersten Widerstand R1 und dessen negativer Eingang
E2 über einen zweiten Widerstand R2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und
mit einem ersten Signalausgang Al verbunden sind. Der Oszillator enthält einen entsprechend
geschalteten zweiten Operationsverstärker OA2, dessen positiver Eingang E3 über
einen dritten Widerstand R3 und dessen negativer Eingang E4 über einen vierten Widerstand
R4 mit dem Ausgang
des zweiten Operationsverstärkers und mit einem
zweiten Signalausgang A2 verbunden sind. Außerdem ist der positive Eingang El des
ersten Operationsverstärkers OA1 über einen fünften Widerstand R5 mit dem einen
Anschluß und der positive Eingang E3 des zweiten Operationsverstärkers OA2 über
einen sechsten Widerstand R6 mit dem anderen Anschluß eines Trimmpotentiometers
R7 verbunden.
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Der Mittelabgriff des Trimmpotentiometers R7 ist mit dem Mittelabgriff
eines Frequenze instellpotentiometers R8 verbunden, dessen einer Anschluß mit einer
Quelle für eine Betriebsspannung Ub und dessen anderer Anschluß mit Bezugspotential
verbunden ist. Außerdem sind die beiden negativen Eingänge E2, E4 der beiden Operationsverstärker
über einen Kondensator C miteinander verbunden. Die Widerstände R1 bis R6 sind gleich
groß und im Hinblick auf die zu erzeugende Frequenz relativ hochohmig gewählt, um
so mit einem Kondensator mit vergleichsweise kleinem Kapazitätswert auszukommen.
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Bei der Betrachtung der Wirkungsweise der Schaltung nach der Fig.
1 wird davon ausgegangen, daß die beiden Operationsverstärker annähernd gleiche
Schwellenspannungen aufweisen. Nach dem Einschalten werden deshalb zunächst beide
Operationsverstärker kurzzeitig den gleichen Betriebszustand annehmen. Die hohe
Verstärkung der Operationsverstärker bewirkt aber eine entsprechende Verstärkung
der vorhandenen geringen Unterschiede in der Schwellenspannung, so daß einer der
beiden Operationsverstärker, z.B. OAl zuerst kippt, bevor die Schwellenspannung
des anderen Operationsverstärkers OA2 überschritten wird. durch fließt vom Operationsverstärkerausgang
OA1 über den Widerstand R2 zum Kondensator C ein Ladestrom, der gleichzeitig den
Operationsverstärker OA2 während dieser Aufladezeit in dessen Ausgangszustand verharren
läßt. Gegen Ende der Aufladung des Kondensators gleichen sich die Spannungen an
den Ein-
gängen des Operationsverstärkers OA2 einander an, so daß
nunmehr dieser kippt und einen Umladestrom über R4 in den Kondensator C treibt,
der gleichzeitig die Spannung an dem Eingang E2 des Operationsverstärkers OA1 entsprechend
verändert. Der Kondensator C wird also im Gegentakt umgeladen, wobei in der einen
Phase die Spannung am Eingang E2 des Operationsverstärkers OA1 sich der Spannung
an dem Eingang El und gleichzeitig mit Gegemphase die Spannung am Eingang E4 des
Operationsverstärkers OA2 sich der Spannung am Eingang E3 annähert. Der Spannungshub
von El ist das Teilungsverhältnis R1/R5+R7/2 aus UAl - UO und von E3 das Teilungsverhältnis
R3/R6+R7/2 aus UA2 - UO. Ist UO = Um/2, dann ist der Spannungshub von El und E3
am größten, die Frequenz am tiefsten. Nähert sich UO (z.B. durch Verstellen von
R8) dem niedrigsten bzw. höchsten Spannungshub von Al bzw. A2, dann erreichen die
Spannungen an E2 bzw. E4 durch den Umladevorgang an dem Kondensator C in den entsprechenden
Halbphasen entsprechend eher die Spannungsgleichheit zu El bzw. E3, wodurch die
Frequenz entsprechend ansteigt. Es leitet also immer der Operationsverstärker die
Umschaltung ein, dessen Eingänge zuerst Spannungs gleichheit erreichen. Die Spannung
am Kondensator C verändert sich damit entsprechend einer Dreiecksfunktion. Durch
die Ladung des Kondensators im Gegentakt, bei der also die beiden Zweige des Oszillators
aufeinanderwirken, wird gleichzeitig verhindert, daß die beiden Zweige autonom und
mit zwei verschiedenen Frequenzen schwingen könnten.
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In der Fig. 2 ist die Schwingfrequenz f des Oszillators nach der Fig.
1 in Abhängigkeit von der am Mittelabgriff der beiden Potentiometer anliegenden
Spannung UO dargestellt. Die Spannung Ub entspricht dabei der Betriebsspannung der
Operationsverstärker. Messungen an
einem Ausführungsbeispiel haben
ergeben, daß die niedrigste Schwingfrequenz bei einer Spannung UO entsprechend der
halben Betriebsspannung auftritt, während eine Steigerung der angelegten Spannung
bis zum oberen Ausgangsspannungshub bzw. ein Absinken bis zum unteren Ausgangsspannungshub
zu einem Ansteigen der Schwingfrequenz f führt. Der von der Schwingfrequenz f dabei
überstrichene Bereich überdeckte mehr als eine Zehnerpotenz. Eine Änderung ist hier
durch Änderung des Verhältnisses der frequenzbestimmenden Widerstände R2 und R4
sowie des Kondensators C und durch Wahl eines anderen handelsüblichen Operationsverstärkertyps
möglich.
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4 Patentansprüche 2 Figuren
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