DE3825238A1

DE3825238A1 - Spannungsgesteuerter oszillator

Info

Publication number: DE3825238A1
Application number: DE3825238A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Zirwas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-07-25
Filing date: 1988-07-25
Publication date: 1990-02-01
Also published as: CH677711A5; NO174489B; NO892575L; NO892575D0; NO174489C

Description

Die Erfindung betrifft einen spannungsgesteuerten Oszillator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Spannungsgesteuerte Oszillatoren der eingangs erwähnten Art sind allgemein bekannt. Insbesondere durch die Temperaturkoeffizien ten der frequenzbestimmenden Kondensatoren und die temperaturab hängigen Parameterschwankungen des Schwingtransistors ergibt sich ein Temperaturgang der Oszillatorfrequenz. Bei Oszillator frequenzen um 1 GHz und bei Temperaturdifferenzen von etwa 70°C kann die Verstimmung des Oszillators bereits einige MHz betra gen. Zur Kompensation dieser Verstimmung werden in bekannter Weise einer oder mehrere der frequenzbestimmenden Kondensatoren mit speziell ausgesuchten negativen Temperaturkoeffizienten in die Schaltung aufgenommen, um die Verstimmung zu minimieren. Da bei ergibt sich aber das Problem, daß die Kondensatoren bei den verschiedenen Kapazitätswerten nur mit einer begrenzten Anzahl von Temperaturkoeffizienten erhältlich sind, so daß keine belie bigen und vor allem auch keine beliebig großen Temperaturgänge kompensiert werden können. Weitere Probleme können sich dadurch ergeben, daß diese Kondensatoren nur in wenigen Bauformen er hältlich sind, so daß insbesondere moderne Technologien wie die SMD-Technik nicht immer realisierbar sind, außerdem sind Konden satoren mit negativem Temperaturkoeffizienten deutlich teurer als solche mit positivem Temperaturkoeffizienten.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung bestand also darin, eine Temperaturkompensation für einen spannungsgesteuerten Os zillator der eingangs erwähnten Art zu finden, bei der keine frequenzbestimmenden Kondensatoren mit speziell ausgesuchten ne gativen Temperaturkoeffizienten verwendet werden müssen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem spannungsgesteuerten Oszillator der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß dieser durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale weitergebildet ist. Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Lösung, daß diese mit den Aufbautechniken re alisierbar ist, die für Frequenzbereiche von einigen 100 MHz bis zu etwa 1 GHz üblich sind, daß insbesondere auch eine monoli thisch integrierte Lösung leicht möglich ist. Bevorzugte Ausbil dungen des erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten Oszillators sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen spannungsgesteuer ten Oszillators und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Schaltbild nach der Fig. 1 mit den für die Temperaturkompensation wesentlichen Bauele menten.

In der Fig. 1 ist als Oszillatortransistor T 1 ein NPN-Transistor mit einer Grenzfrequenz in Basisschaltung von etwa 1 GHz vorge sehen. Der Basisanschluß dieses Transistors ist über einen er sten Widerstand R 1 mit einer Betriebsspannungsquelle -UB verbun den, außerdem ist der Basisanschluß über einen zweiten Wider stand R 2 und einen ersten Kondensator C 1 mit Bezugspotential verbunden. Die beiden Widerstände R 1, R 2 bilden einen bekannten Basisspannungsteiler, durch den ersten Kondensator C 1 liegt der Basisanschluß wechselspannungsmäßig auf Bezugspotential, so daß der erste Transistor T 1 in Basisschaltung betrieben wird. Das freqenzbestimmende Netzwerk besteht zum einen aus der Reihen schaltung des zweiten und des dritten Kondensators C 2, C 3 und zum anderen aus der Induktivität L 1, die über die Reihenschal tung aus dem sechsten Kondensator C 6 und der Kapazitätsdiode CD sowie über die Reihenschaltung aus dem siebten Kondensator C 7 und dem achten Kondensator C 8 mit Bezugspotential verbunden ist. Die Reihenschaltung aus dem sechsten Kondensator C 6 und der Ka pazitätsdiode CD wirkt dabei als Ziehreaktanz, zum Ziehen ist die Kapazitätsdiode CD über einen Widerstand R 6 mit einem Regel spannungsanschluß UR verbunden, dem ein neunter Kondensator C 9 als Siebkondensator parallelgeschaltet ist. Der achte Kondensa tor C 8 ist als Trimmer ausgebildet, über den die effektive Zieh kapazität mit eingestellt wird. Vom gemeinsamen Verbindungspunkt des zweiten und des dritten Kondensators C 2, C 3 wird über eine Parallelschaltung aus einem fünften Widerstand R 5 und einem fünften Kondensator C 5 ein Teil des Oszillatorsignals an den Verbindungspunkt zwischen einem dritten und einem vierten Wider stand R 3, R 4 rückgekoppelt. Während der andere Anschluß des dritten Widerstandes R 3 mit dem Emitteranschluß des ersten Tran sistors T 1 verbunden ist, ist der andere Anschluß des vierten Widerstandes R 4 mit der Betriebsspannungsquelle -UB verbunden. Der Betriebsspannungsquelle liegt dabei ein Siebkondensator CS parallel.

Zur Temperaturkompensation ist der Kollektoranschluß des ersten Transistors T 1 zusätzlich über eine zweite Induktivität L 2 in Form einer Lambda-Viertel-Leitung mit dem Kollektoranschluß ei nes zweiten Transistors T 2 verbunden, bei dem es sich um einen PNP-Transistor für den NF-Bereich handelt. Die Kollektoran schlüsse beider Transistoren sind über einen siebten Widerstand R 7 mit der Betriebsspannungsquelle -UB und über einen achten Wi derstand R 8 mit dem Basisanschluß des zweiten Transistors T 2 so wie mit einem aus einem neunten und einem zehnten Widerstand R 9, R 10 gebildeten Basisspannungsteiler verbunden. Der Emitter anschluß des zweiten Transistors T 2 ist direkt mit Bezugspoten tial verbunden, so daß der Transistor T 2 mit den angeschlossenen Bauelementen eine leerlaufende NF-Verstärkerstufe in Emitter schaltung und mit Spannungsgegenkopplung bildet. Damit der Kol lektoranschluß des zweiten Transistors T 2 wechselspannungsmäßig auf Bezugspotential liegt, ist am Verbindungspunkt zwischen der zweiten Induktivität L 2 und Kollektoranschluß des zweiten Tran sistors T 2 ein auf die Oszillatorfrequenz abgestimmter Saugkreis angeschlossen, dessen anderer Anschluß auf Bezugspotential liegt. Der Saugkreis wird dabei aus einer dritten Induktivität L 3 in Form einen konzentrierten Spule und einem zehnten Konden sator C 10 gebildet.

Die Auskopplung der Oszillatorschwingung aus der Oszillatorstufe erfolgt am Verbindungspunkt des zweiten und des dritten Konden sators C 2, C 3 über einen dort angeschlossenen vierten Kondensa tor C 4, dessen anderer Anschluß mit dem Basisanschluß eines dritten Transistors T 3 verbunden ist. Mit dem Basisanschluß ist weiterhin ein aus einem elften und einem zwölften Widerstand R 11, R 12 gebildeter Basisspannungsteiler verbunden. Der Emitter anschluß des dritten Transistors T 3 ist über einen vierzehnten Widerstand R 14 mit einem als Siebkondensator wirkenden elften Kondensator C 11 und mit einem fünfzehnten Widerstand R 15 verbun den, der andere Anschluß des fünfzehnten Widerstandes R 15 ist an die Betriebsspannungsquelle -UB angeschlossen. Der Kollektor anschluß des dritten Transistors T 3 ist über einen dreizehnten Widerstand R 13 mit Bezugspotential und über einen zwölften Kon densator C 12 mit einem Ausgangsanschluß verbunden.

Zur weiteren Erläuterung der Funktion des spannungsgesteuerten Oszillators nach der Fig. 1 dient das in Fig. 2 dargestellte Prinzipschaltbild, in dem die frequenzbestimmenden Kapazitäten zum Kondensator C zusammengefaßt sind. Es ist erkennbar, daß diese Kapazitäten zusammen mit der gezogenen ersten Induktivität L 1 einen Parallelschwingkreis bilden, der mit dem Kollektoran schluß des ersten Transistors T 1 verbunden ist, außerdem ist dieser Kollektoranschluß über die zweite Induktivität L 2 gleich spannungsmäßig mit dem Kollektoranschluß des Tranistors T 2 der leerlaufenden Verstärkerstufe verbunden. Durch die Temperaturab hängigkeit der Basis-Emitterdiode des Transistors T 2 entsteht am Kollektoranschluß dieses Transistors eine temperaturabhängi ge Spannung, die gleichzeitig die Kollektorspannung des ersten Transistors T 1 darstellt. Die am Transistor T 1 angelegte Kollek tor-Emitterspannung ist damit temperaturabhängig und verändert in temperaturabhängigerweise die Kapazität zwischen dem Emitter und dem Kollektoranschluß dieses Transistors. Da diese Kapazität Teil der frequenzbestimmenden Kapazität C ist, ergibt sich bei geeigneter Bemessung eine Temperaturkompensation durch eine Spannungsnachführung am Kollektor des Schwingtransistors T 1. Zu sätzlich kann durch Veränderung der Gegenkopplung des Transi stors T 2, also insbesondere durch Veränderung des Wertes des achten Widerstandes R 8 die Änderung der Kollektorspannung beider Transistoren über der Temperatur an eine gegebene Schaltung an gepaßt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei erwie sen, daß die Basisspannung und damit auch die Emitterspannung des Schwingtransistors T 1 von der Kompensationsschaltung nicht beeinflußt werden und sich damit keine zusätzliche temperaturbe dingte Pegelabhängigkeit des Ausgangssignals ergibt.

Claims

1. Spannungsgesteuerter Oszillator insbesondere für den Fre quenzbereich von einigen 100 MHz bis zu 1 GHz mit wenigstens ei nem, in einer Rückkopplungsschaltung angeordneten ersten Transi stor, dessen Kollektoranschluß mit einem, wenigstens eine Kapa zitätsdiode, eine Induktivität und Kondensatoren enthaltenden frequenzbestimmenden Netzwerk verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kollektoranschluß des ersten Transistors (T 1) gleich strommäßig der Kollektoranschluß eines in einer leerlaufenden Verstärkerstufe angeordneten zweiten Transistors (T 2) parallel geschaltet ist.

2. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelgeschalteten Kollektoranschlüsse beider Transi storen (T 1, T 2) über einen gemeinsamen Kollektorwiderstand (R 7) an eine Betriebsspannungsquelle (-UB) angeschlossen sind.

3. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Patentansprüchen 1 un oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T 1) eine Grenzfrequenz in Basisschal tung von wenigstens 1 GHz aufweist.

4. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim zweiten Transistor um einen NF-Transistor han delt.

5. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisanschluß des ersten Transistors (T 1) über einen er sten Widerstand (R 1) mit der Betriebsspannungsquelle (-UB) und über die Parallelschaltung eines ersten Kondensators (C 1) und eines zweiten Widerstandes (R 2) mit Bezugspotential verbunden ist,
daß der Emitteranschluß des ersten Transistors (T 1) über die Reihenschaltung eines dritten und eines vierten Widerstandes (R 3, R 4) mit der Betriebsspannungsquelle (-UB) verbunden ist, daß der Kollektoranschluß des ersten Transistors (T 1) über die Reihenschaltung eines zweiten und eines dritten Kondensators (C 2, C 3) mit Bezugspotential verbunden ist,
daß am Verbindungspunkt des zweiten und des dritten Kondensators (C 2, C 3) der eine Anschluß eines vierten und eines fünften Kon densators (C 4, C 5) und eines fünften Widerstandes angeschlossen sind,
daß die anderen Anschlüsse des fünften Kondensators (C 5) und des fünften Widerstandes (R 5) an den gemeinsamen Verbindungs punkt des dritten und des vierten Widerstandes (R 3, R 4) ange schlossen sind,
daß der Kollektoranschluß des ersten Transistors (T 1) über eine erste Induktivität (L 1) mit dem einen Anschluß eines sechsten und eines siebten Kondensators (C 6, C 7) verbunden ist,
daß der andere Anschluß des sechsten Kondensators über eine Ka pazitätsdiode (CD) mit Bezugspotential und über einen sechsten Widerstand (R 6) mit einer Regelspannungsquelle (UR) verbunden ist, der ein neunter Kondensator (10, 9) parallelgeschaltet sein kann,
daß der andere Anschluß des siebten Kondensators (C 7) über einen achten Kondensator (C 8) mit Bezugspotential verbunden ist,
daß der Kollektoranschluß des ersten Transistors (T 1) außerdem über eine zweite Induktivität (L 2) mit dem Kollektoranschluß des zweiten Transistors (T 2) und mit einem Saugkreis für die Oszil latorfrequenz aus einem zehnten Kondensator (C 10) und einer dritten Induktivität (L 3) verbunden ist, und
daß der andere Anschluß des Saugkreises auf Bezugspotential liegt.

6. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die leerlaufende Verstärkerstufe in Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung aufgebaut ist und dabei der Emitteran schluß des zweiten Transistors (T 2) mit Bezugspotential unmit telbar verbunden ist und der Basisanschluß dieses Transistors (T 2) über einen achten Widerstand (R 8) mit dessem Kollektoran schluß sowie über einen neunten Widerstand (R 9) mit der Be triebsspannungsquelle (-UB) und über einen zehnten Widerstand (R 10) mit Bezugspotential verbunden ist.

7. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Induktivität (L 2) eine auf die Schwingfrequenz des Oszillators abgestimmte Lambda-Viertel-Leitung vorgesehen ist.

8. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem anderen Anschluß des vierten Kondensators (C 4) der Eingang einer weiteren Verstärkerstufe verbunden ist, an deren Ausgang die erzeugte Oszillatorschwingung ansteht.