DE3718292A1

DE3718292A1 - Colpitts-quarzoszillator mit grossem ziehbereich

Info

Publication number: DE3718292A1
Application number: DE19873718292
Authority: DE
Inventors: Harald Helpert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-30
Filing date: 1987-05-30
Publication date: 1987-10-22

Description

Quarzoszillatoren in Colpitts-Schaltung werden häufig mit Hilfe von Sperrschicht-FET's realisiert, da das Seitenbandrauschen wesentlich niedriger liegt als bei bipolaren Transistoren.

Fig. (1) zeigt den Stand der Technik anhand einer beispielhaften Schaltung, wie sie etwa auch aus DE 27 21 406 bekannt ist.

Transistor 1 ist ein N-Kanal-Sperrschicht-FET, sein Source-Widerstand ist 2, der kapazitive Spannungsteiler 3-4 liegt am Gate, desgleichen Gate-Widerstand 7 sowie Pegelregeldiode 8. In Serie mit dem Quarz 5 liegt der Trimmkondensator 6, um die Frequenz des Quarzes einzuregeln.

Diese Schaltung weist u. a. folgende Nachteile auf:

- Der Ziehbereich des Quarzes 5 mittels Trimmkondensator 6 hängt stark von der Güte des Quarzes ab. Quarze niedriger Güte setzen schon bei relativ hohen Kapazitätswerten von 6 mit ihrer Schwingung aus, demgemäß ist der Ziehbereich stark exemplarabhängig und erreicht im Mittel nur etwa 500 ppm der Quarzfrequenz. Dies ist von Nachteil, wenn man die Schaltung z. B. als variablen Quarzoszillator (VXO) benutzen will, bei dem es auf möglichst hohen Frequenzvariationsbereich ankommt.
- Ferner ist die möglichst rückwirkungsarme Auskopplung der Oszillatorfrequenz in der angegebenen Schaltung schwierig. Die Auskopplung erfolgt entweder am Gate (Impedanz dort etwa gleich dem Gatewiderstand 7 von ca. 100 kOhm oder höher) oder an der Source (Z gleich 1 bis 5 kOhm). Demgemäß werden Laständerungen durch den angeschlossenen Verbraucher, die parallel zu diesen relativ hohen Impedanzen wirksam werden, stark auf die Frequenz des Oszillators rückwirken.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen bzw. weitestgehend zu mindern.

Fig. (2) zeigt den Grundgedanken, Fig. (3) ein ausgeführtes Beispiel der Schaltung.

In den Rückkopplungszweig des Colpitts-Oszillators "Source - Spannungsteiler 3/4" wird ein Emitterfolger in Form des bipolaren NPN-Transistors 9 einbezogen. Der Emitterwiderstand 10 kann nun extrem niedrige Werte von typisch 100 Ohm annehmen, eine Phasendrehung erfolgt nicht, die Rückkopplungsbedingung ist weiterhin gegeben.

Damit werden folgende Vorteile erreicht:

- Durch die Leistungsverstärkung des Emitterfolgers 9 wird die Rückkopplungsbedingung bis zu wesentlich niedrigeren Hf-Pegeln an der Source des Transistors 1 gewährleistet, der Ziehbereich eines gegebenen Quarzes steigt dadurch von rund 500 auf 1000 ppm, wird also verdoppelt.
- Durch die Auskopplung der Hf am Emitterwiderstand 10, dem niederohmigsten Teil des ganzen Oszillators, wird die Rückwirkung von Laständerungen auf die Oszillatorfrequenz entscheidend minimiert. Bereits am Kondensator 11 wird eine Verbesserung um dem Faktor 10 bis 20 gegenüber der Grundschaltung Fig. (1) erreicht.

In der ausgeführten Schaltung Fig. (3) wird als Emitterfolger 9 ein Darlington-Transistor verwendet, um die Entkopplung des Emitterwiderstands 10 gegenüber dem Oszillator weiter zu verbessern. Nachgeschaltet ist eine FET-Trennstufe 21, die über Kondensator 11 lose angekoppelt ist.

Am Auskopplungspunkt "Drain" von 21 ist die Rückwirkung von Laständerungen gegenüber der Fig. (1) von ca. 30 ppm auf 0,1 bis 0,2 ppm gemindert.

Zur Umschaltung der Quarze und damit Frequenzbereiche, können mehrere Quarze (beispielhaft 5 und 12) über Dioden 14-15 durch Schaltspannungen U ₁ und U ₂ aktiviert, an den Oszillator gelegt werden.

Schaltspannung U ₁ fließt beispielsweise über Widerstand 16 zur Entkopplung und Begrenzung des Schaltstromes weiter über Diode 14 und läßt diese leitend werden. Hf-Drossel 18 und Widerstand 19 schließen den Gleichstromweg.

Damit ist Quarz 12 Hf-mäßig ans Gate des Transistors 1 geschaltet und schwingt.

Kondensator 20 ist zur Trennung erforderlich, damit die Schaltspannung nicht den Gate-Arbeitspunkt von 1 verschiebt.

Beim Anlegen der Schaltspannung U ₂ (und Abschalten von U ₁) wird in gleicher Weise Quarz 5 zum Schwingen kommen.

Claims

1. Colpitts-Quarzoszillator mit einem Sperrschicht- Feldeffekttransistor als aktivem Element und einem nachgeschalteten Trennverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennverstärker, bestehend aus einem bipolaren Transistor oder Darlington-Transistor, als Emitterfolger in den Rückkopplungszweig einbezogen ist und daß dadurch der Ziehbereich eines gegebenen Quarzes mittels eines in Serie mit dem Quarz liegenden Trimmkondensators erheblich vorgrößert wird.

2. Colpitts-Quarzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskopplung der Hochfrequenz am äußerst niederohmigen Emitterwiderstand des Emitterfolgers erfolgt und dadurch Rückwirkungen auf die Oszillatorfrequenz, hervorgerufen durch Laständerungen am Verbraucher, erheblich minimiert werden.

3. Colpitts-Quarzoszillator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Quarze elektronisch mittels Schaltdioden zwecks schnellen Frequenzwechsels an den Oszillatortransistor angeschaltet werden können.