DE3207636A1

DE3207636A1 - Spannungsgesteuerter rc-oszillator

Info

Publication number: DE3207636A1
Application number: DE19823207636
Authority: DE
Inventors: Martin Ing.(grad.) 8927 Burggen Ragaller
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1983-09-08

Description

Spannungsgesteuerter RC-Oszillator
Die Erfindung betrifft einen spannungsgesteuerten RC-Oszillator mit wenigstens einem rückgekoppelten Operationsverstärker zur Erzeugung von Rechteckimpulsen.
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.
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.
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.
Zweckmäßige Ausbildungen des erfindungsgemäßen Oszillators sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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.
4 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche Spannungsgesteuerter RC-Oszillator mit wenigstens einem rückgekoppelten Operationsverstärker zur Erzeugung von Rechteckimpulsen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein erster Operationsverstärker (0A1) vorgesehen ist, 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, daß ein zweiter Operationsverstärker (OA2) vorgesehen ist, dessen positiver Eingang (E3j 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, daß die negativen Eingänge (E2, E4) über einen Kondensator (C) und die positiven Eingänge (El, E2) der beiden Operationsverstärker (OM, OA2) über wenigstens einen Widerstand (R5, R6, R7) miteinander und symmetrisch mit einer Betriebsspannung (+UB) verbunden sind.
2. Spannungsgesteuerter RC-Oszillator nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der positive Eingang (El) des ersten Operationsverstärkers (OAl) über einen fünften Widerstand (R5) und der positive Eingang (E3) des zweiten Operationsverstärkers (OA2) über einen sechsten Widerstand (R6) jeweils getrennt mit den äußeren Anschlüssen eines Trimmpotentiometers (R7) verbunden sind, dessen Mittelabgriff zur Symmetrierung der Gegentakt-Rechteckimpulse (Al /A2) dient und mit dem Mittelabgriff eines Frequenzeinstellpotentiometers (R8) verbunden ist, dessen anderer Anschluß mit Bezugspotential verbunden ist.
3. RC-Oszillator nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trimmpotentiometerspannung UO von R7 mittels einer elektronischen Schaltung variiert wird.
4. RC-Oszillator nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Operationsverstärker Teil einer integrierten Schaltung sind.