DE4426067C2 - Oszillatorverstärker mit einer Amplitudenregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Oszillatorverstärker mit einer Amplitudenregelung mit den folgenden Merkmalen:

• - der Verstärker enthält mindestens einen Oszillatortransi­ stor, an dessen Basis ein frequenzbestimmendes Element an­ schließbar ist,
• - der Emitter des Oszillatortransistors ist über eine steuer­ bare Stromquelle mit einem Bezugspotentialanschluß verbun­ den,
• - ein Regelverstärker weist einen Signaleingang für ein zu regelndes Signal auf, der mit dem Emitter des Oszillator­ transistors gekoppelt ist, einen Referenzeingang und einen Ausgang, der zu Stromsteuerung der steuerbaren Stromquelle dient.

Ein solcher Oszillatorverstärker ist in der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 462 304 A1 beschrieben. Für das am Emitter eines Oszillatortransistors abgegriffenen Regelsig­ nals ist eine relativ hohe Spannung gegenüber Bezugspotential (Masse) notwendig. Diese Spannung beträgt etwa 2 V. Für die Realisierung der Gesamtschaltung einschließlich von Schaltungsteilen zur Referenzspannungserzeugung sind dann etwa 12 V Versorgungsspannung notwendig. In heutigen elektro­ mischen Systemen besteht grundsätzlich das Bestreben, die Versorgungsspannung von elektronischen Schaltkreisen mög­ lichst niedrig zu halten.

In der Literaturstelle Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungs­ technik, 6. Auflage, Berlin 1983, Seiten 137 bis 138 ist in Zusammenhang mit Operationsverstärkern beschrieben, daß sich bei Anwendung mehrerer Verstärkerstufen unter Verwendung von npn-Transistoren das Potential von Stufe zu Stufe zu positiveren Werten hin verschiebt. Damit das Ausgangsruhe­ potential des Operationsverstärkers Null wird, wird vorgeschlagen, mindestens an einer Stelle des Verstärkers eine Potentialverschiebung nach Minus vorzunehmen. Zur Potentialverschiebung werden unter anderem alternativ eine Zenerdiode oder alternativ ein Transistor vom komplementären pnp-Typ vorgeschlagen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsan­ ordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein Betrieb mit geringerer Versorgungsspannung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Signaleingang des Regelverstärkers über eine erste Pegelver­ schiebungseinrichtung mit dem Emitter des Oszillatortransi­ stors verbunden ist, der Referenzeingang des Regelverstärkers über eine zweite Pegelverschiebungseinrichtung von einem Re­ ferenzpotential steuerbar ist, die erste und die zweite Pe­ gelverschiebungseinrichtung jeweils einen pnp-Transistor ent­ halten, dessen Kollektor mit dem Bezugspotentialanschluß ver­ bunden ist und dessen Emitter über eine pn-Diode und einen Widerstand mit einem Versorgungspotentialanschluß verbunden ist, die Basis des pnp-Transistors der ersten Pegelverschie­ bungseinrichtung mit dem Emitter des Oszillatortransistors verbunden ist, die Basis des pnp-Transistors der zweiten Pe­ gelverschiebungseinrichtung von der Referenzspannung steuer­ bar ist, die Anode der pn-Diode der ersten Pegelverschie­ bungseinrichtung mit dem Signaleingang des Regelverstärkers verbunden ist und die Katode mit dem Emitter des pnp-Transi­ stors der ersten Pegelverschiebungseinrichtung und die Anode der pn-Diode der zweiten Pegelverschiebungseinrichtung mit dem Referenzeingang des Regelverstärkers verbunden ist und die Katode mit dem Emitter des pnp-Transistors der zweiten Pegelverschiebungseinrichtung.

Die Pegelverschiebungseinrichtungen sorgen dafür, daß die an den Emittern der Oszillatortransistoren anliegende zu regeln­ de Spannung in bezug auf Masse zu höheren Spannungen hin umgesetzt wird. Dadurch wird erreicht, daß die an den Emit­ tern der Oszillatortransistoren anliegende Spannung verrin­ gert werden kann. Bei der Verwendung eines pnp-Transistors und einer Diode für die Pegelverschiebungseinrichtungen liegt die Emitterspannung etwa bei 0,8 V. Sofern die Pegelverschie­ bungseinrichtungen zur Bereitstellung der zu regelnden Span­ nung und der Referenzspannung für den Regelverstärker gleich­ artig aufgebaut sind, bleiben Temperatureffekte ohne Einfluß.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Oszillatorverstärker und

Fig. 2 eine Ausführungsform für einen anderen Oszillatortyp.

Der in Fig. 1 gezeigte Oszillator enthält einen Differenz­ verstärker aus zwei emittergekoppelten Bipolartransistoren 1, 2. In den Kollektorzweigen der Transistoren 1, 2 liegen Arbeitswiderstände 3, 4, an denen jeweils ein Ausgangssignal abgegriffen werden kann. Der Oszillatorverstärker wird symme­ trisch angesteuert, wobei zwischen der Basis eines der Bipo­ lartransistoren 1, 2 und einem der Ausgänge ein Parallel­ schwingkreis 5 bzw. 6 liegt. Die Emitter der Bipolartran­ sistoren 1, 2 sind über einen Widerstand 7 mit Bezugspoten­ tial (Masse) verbunden. In Abhängigkeit von den Amplituden der an den Basisanschlüssen der Transistoren 1, 2 eingespei­ sten Schwingkreissignalen ändert sich die Amplitude an den Ausgängen des Oszillatorverstärkers. Es soll erreicht werden, daß der Gleichanteil seiner Ausgangssignale möglichst unabhängig von der Amplitude seiner Eingangssignale ist. Hierzu wird am Anschluß 8, der mit den Emittern der Oszilla­ tortransistoren 1, 2 verbunden ist, ein zusätzlicher Strom über eine steuerbare Stromquelle 9 eingespeist. Die am Anschluß 8 abgreifbare Spannung wird dabei in einen Regelver­ stärker 10 eingespeist, der daraus an einem Anschluß 11 ein entsprechendes Steuersignal zur Steuerung der Stromquelle 9 erzeugt.

Der Regelverstärker 10 weist einen Stromspiegel 12, 13 auf. Im Eingangszweig des Stromspiegels liegt ein Transistor 14, dessen Steueranschluß mit dem Anschluß 8 gekoppelt ist. Im Ausgangszweig des Stromspiegels liegt ein Transistor 15, der mittels einer Referenzspannung UBS ansteuerbar ist.

Wenn die Spannung am Anschluß 8 ansteigt, erhöht sich die Emitterspannung des Transistors 14, so daß sich der durch den Eingangszweig des Stromspiegels fließende Strom erhöht. Dieser Strom durch den Transistor 12 wird in den Transistor 13 gespiegelt. Da das Emitterpotential des Transistors 15 konstant bleibt, fällt die Kollektorspannung des Transistors 13 ab, so daß die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 10 am Anschluß 11 abnimmt. Der durch die steuerbare Stromquelle 9 fließende Strom wird verringert. Eine entsprechende Wirkungs­ weise ergibt sich für eine Verringerung der Spannung am Anschluß 8.

Die Referenzspannung UBS wird auch den Basisanschlüssen der Oszillatortransistoren 1, 2 zur Arbeitspunkteinstellung zugeführt. In den Regelverstärker 10 wird die Spannung UBS aber einen Emitterfolgertransitor 16 eingespeist. Die an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 abfallende Spannung bildet folglich die Basis-Emitter-Spannungen der Oszillator­ transistoren 1, 2 nach. Zwei hochohmige Entkopplungswider­ stände 17, 18 sorgen für eine Gleichstrom- und eine Wechsel­ stromentkopplung von Differenzverstärker und Regelverstärker.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß sowohl das zu regeln­ de Signal vom Anschluß 8 als auch das Referenzsignal am Emitter des Transistors 16 über je eine Pegelverschiebungs­ einrichtung 19, 20 den Eingangstransistoren 14 bzw. 15 des Regelverstärkers 10 zugeführt werden. Die Pegelverschiebungs­ einrichtungen 19, 20 sorgen dafür, daß die am Anschluß 8 bzw. am Emitter des Transistors 16 anliegenden Spannungen um einen konstanten Wert zu positiven Spannungen hin verschoben wer­ den. Auch wenn die Versorgungsspannung und die zu regelnde Spannung am Anschluß 8 niedriger als bei der Schaltung nach dem Stand der Technik liegen, ist es weiterhin möglich, den Regelverstärker 10 vom Prinzip her unverändert zu verwenden.

Die Pegelverschiebungsschaltungen 19, 20 sind gleichartig aufgebaut. Das Temperaturverhalten der verwendeten Bauele­ mente ist somit gleich. Die Pegelverschiebungseinrichtungen 19, 20 erzeugen dann keinen temperaturbedingten Einfluß auf die Regelung.

Im einzelnen weist jede der Pegelverschiebungsschaltungen 19, 20 die folgende Struktur auf. Ein pnp-Bipolartransistor 21 (21′) ist am Kollektoranschluß mit Masse verbunden und an seiner Basis mit dem Anschluß 8 bzw. dem Emitter des Transi­ stors 16. Der Emitter des pnp-Transistors 21 (21′) wird über eine Diode 22 (22′), die als Basis-Emitter-Diode eines npn- Bipolartransistors realisiert ist, an ein Versorgungspoten­ tial VCC angeschlossen. Versorgungspotentialseitig ist auch ein Strombegrenzungswiderstand 23 (23′) vorgesehen. Die zum Versorgungspotential hin liegende Anode der Diode 22 (22′) dient als jeweiliger Anschluß an den Regelverstärker und ist mit den Basisanschlüssen der Transistoren 14 bzw. 15 verbun­ den.

Die Basis-Emitter-Strecken der pnp-Transistoren 21, 22 (21′; 22′) verschieben die an den Basisanschlüssen der Transistoren 21 (21′) anliegenden Signale zu positiven Spannungen hin. Die vom Anschluß 8 bzw. vom Emitter des Transistors 16 geliefer­ ten Spannungen können dann um den entsprechenden Wert nach Masse hin verschoben liegen. Es ist dadurch möglich, daß die Versorgungsspannung VCC niedriger als im Stand der Technik gewählt werden kann. Zweckmäßigerweise beträgt die Versor­ gungsspannung VCC bei der erfindungsgemäßen Ausführung 5 V.

Bei der in Fig. 2 gezeigten teilweise dargestellten Schal­ tung eines Oszillators wird ein sogenannter Colpitts-Oszilla­ tor verwendet. Einander entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Oszillatortyp wirkt das frequenzbestimmende Oszillatorelement, ein Reihen­ schwingkreis 50, jeweils zwischen Basis und Emitter der Oszillatortransistoren 1, 2. Den Emitterwiderständen 7, 7′ der Oszillatortransistoren 1, 2 ist je eine steuerbare Strom­ quelle 9, 9′ parallel geschaltet. Die steuerbaren Stromquel­ len 9, 9′ werden vom gleichen Steuersignal gesteuert. Dieses wird wiederum am Kollektor des Transistors 13 der Stromspie­ gelschaltung im Regelverstärker 10 abgegriffen. Die zu re­ gelnden Spannungssignale werden nun an Anschlüssen 8, 8′ der Emitter der Oszillatortransistoren 1, 2 abgegriffen. Diese werden über je einen Entkopplungswiderstand 29, 29′ zusammen­ gefaßt und an der Basis des pnp-Transistors 21 in die Pegel- Verschiebungseinrichtung 19 eingespeist. Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung in Anwendung des Colpitts-Oszillator ist für besonders hohe Oszillatorfrequenzen geeignet.

Claims (5)

1. Oszillatorverstärker mit einer Amplitudenregelung mit den folgenden Merkmalen:

• - der Verstärker enthält mindestens einen Oszillatortransi­ stor (1), an dessen Basis ein frequenzbestimmendes Element (5) anschließbar ist,
• - der Emitter des Oszillatortransistors (1) ist über eine steuerbare Stromquelle (9) mit einem Bezugspotentialan­ schluß verbunden,
• - ein Regelverstärker (10) weist einen Signaleingang für ein zu regelndes Signal auf, der mit dem Emitter des Oszilla­ tortransistors (1) gekoppelt ist, einen Referenzeingang und einen Ausgang (11), der zu Stromsteuerung der steuerbaren Stromquelle (9) dient,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Signaleingang des Regelverstärkers (10) über eine erste Pegelverschiebungseinrichtung (19) mit dem Emitter des Os­ zillatortransistors (1) verbunden ist,
• - der Referenzeingang des Regelverstärkers (10) über eine zweite Pegelverschiebungseinrichtung (20) von einem Refe­ renzpotential (UBS) steuerbar ist,
• - die erste und die zweite Pegelverschiebungseinrichtung (19, 20) jeweils einen pnp-Transistor (21, 21′) enthalten, des­ sen Kollektor mit dem Bezugspotentialanschluß verbunden ist und dessen Emitter über eine pn-Diode (22, 22′) und einen Widerstand (23, 23′) mit einem Versorgungspotentialan­ schluß (VCC) verbunden ist,
• - die Basis des pnp-Transistors (21) der ersten Pegelver­ schiebungseinrichtung (19) mit dem Emitter des Oszillator­ transistors (1) verbunden ist, die Basis des pnp-Transi­ stors (21′) der zweiten Pegelverschiebungseinrichtung (20) von der Referenzspannung (UBS) steuerbar ist,
• - die Anode der pn-Diode (22) der ersten Pegelverschiebungs­ einrichtung (19) mit dem Signaleingang des Regelverstärkers verbunden ist und die Katode mit dem Emitter des pnp-Tran­ sistors (21) der ersten Pegelverschiebungseinrichtung (19) und
• - die Anode der pn-Diode (22′) der zweiten Pegelverschie­ bungseinrichtung (20) mit dem Referenzeingang des Regelver­ stärkers (10) verbunden ist und die Katode mit dem Emitter des pnp-Transistors (21′) der zweiten Pegelverschiebungs­ einrichtung (20).

2. Oszillatorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Oszillatortransistors (1) von der Referenzspan­ nung (UBS) steuerbar ist und daß der Referenzeingang des Re­ gelverstärkers (10) von der über einen Emitterfolgertransi­ stor (16) geführten Referenzspannung (UBS) steuerbar ist.

3. Oszillatorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Oszillatortransistor (2, Fig. 2) vorgesehen ist, daß zwischen die Emitter der beiden Oszillatortransisto­ ren (1, 2, Fig. 2) und zwischen deren Basis- und Emitteran­ schlüsse je ein frequenzbestimmendes Element (50) schaltbar ist, daß die Emitteranschlüsse der Oszillatortransistoren (1, 2, Fig. 2) jeweils über eine steuerbare Stromquelle (9, 9′), deren Steueranschlüsse gekoppelt sind, mit dem Bezugspoten­ tialanschluß verbunden sind, und daß die Emitter der Oszilla­ tortransistoren (1, 2, Fig. 2) jeweils über einen Entkopp­ lungswiderstand (29, 29′) miteinander verbunden sind.

4. Oszillatorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (UBS) über je einen Entkopplungswider­ stand (17, 18) an die Basis des Oszillatortransistors (1) bzw. des weiteren Oszillatortransistors (2) geführt wird.