NL8702122A - Oscillatorschakeling met amplituderegelaar. - Google Patents

Description

PHN 12.245 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Oscillatorschakeling met amplituderegelaar.

De uitvinding heeft betrekking op een oscillatorschakeling met een amplituderegelaar, welke oscillatorschakeling een via een regelaansluiting door middel van een regelspanriing regelbare versterker met tussen een versterkeringang en 5 een versterkeruitgang geplaatst terugkoppelcircuit omvat en welke amplituderegelaar een amplitudedetektor omvat, waarbij een, in afhankelijkheid van een door de amplitudedetektor gedetekteerde amplitude, regelbare stroombron regelbaar is, die met de regelaansluiting is verbonden.

10 Een dergelijke oscillatorschakeling is bekend uit het

Duitse octrooischrift DE-PS 35 06 277. In de bekende oscillatorschakeling is de regelbare versterker een operationele versterker met een inverterende ingang, hierna te noemen de versterkeringang, en een niet-inverterende ingang, hierna te noemen de 15 regelaansluiting. De uitgang van de operationele versterker, hierna te noemen de versterkeruitgang, is via een eerste weerstand met de versterkeringang verbonden. Het terugkoppelcircuit omvat een op de versterkeruitgang aangesloten serieschakeling van een eerste en een tweede integrator. De uitgang van de eerste, respektievelijk de tweede 20 integrator is via een tweede, respektievelijk een derde weerstand verbonden met de versterkeringang. Op de regelaansluiting is de regelbare stroombron aangesloten, die tevens via een vierde weerstand is verbonden met de uitgang van de eerste integrator. Tussen de uitgang van de tweede integrator en een stuuraansluiting van de stroombron is een 25 amplitudedetektor geschakeld. De spanningsval over de vierde weerstand wordt veroorzaakt door de stroom die door deze weerstand heen wordt getrokken door de stroombron en levert een regelspanning op de regelaansluiting, waarmee de amplitude-instelling wordt geregeld.

Een bezwaar van de bekende oscillatorschakeling is dat de 30 regeling betrekkelijk langzaam is, omdat de vierde weerstand vertragend werkt bij het opbouwen van een regelspanning op de regelaansluiting. De weerstand mag daarbij niet te groot zijn als de amplitude binnen een 8702122 * « PHN 12.245 2 beperkt aantal oscillaties gestabiliseerd moet zijn. Bovendien mag de weerstand niet te klein zijn, vanwege het feit dat stroom wordt onttrokken aan de eigenlijke oscillatorschakeling, hetgeen kan leiden tot instabiliteiten in de frekwentie.

5 De uitvinding beoogt te voorzien in een oscillatorschakeling met een snelle en gevoelige amplituderegeling. Daartoe wordt een oscillatorschakeling volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat in een verdere, met de regelaansluiting verbonden stroombron is voorzien, door welke stroombronnen stromen van een onderling 10 tegengestelde polariteit leverbaar zijn op de regelaansluiting.

De impedantie van een stroombron is zeer hoog. Een kleine verandering van de stroom door het verbindingspunt van beide stroombronnen veroorzaakt daarom een grote spanningsverandering op dat verbindingspunt. Deze opzet levert een snelle en gevoelige regeling 15 zowel voor positieve als negatieve spanningsveranderingen.

Een uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de verdere stroombron een referentiestroombron omvat voor het leveren van een referentiestroom.

De grootte van de referentiestroom bepaalt de grootte van de amplitude. 20 Dit is als volgt in te zien. Als de amplitude gestabiliseerd is, geldt dat de spanning op de regelaansluiting niet verandert. In dat geval is de grootte van de referentiestroom gelijk aan de grootte van de door de regelbare stroombron geleverde stroom. Deze laatste is afhankelijk van een door de amplitudedetektor afgegeven regelsignaal dat op zijn beurt 25 weer een maat is voor de grootte van de gedetekteerde amplitude. De amplitude ligt dus vast zodra de stromen elkaar kompenseren.

Een verdere uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de referentiestroom instelbaar is. Door het instelbaar maken van de referentiestroom is de 30 amplitude in te stellen.

Eén van de uitvoeringsvormen van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de genoemde stroombronnen tegengesteld regelbaar zijn door de amplitudedetektor. Hiermee is een snellere regeling verkregen dan in 35 geval één stroombron regelbaar is. De stroomveranderingen van beide stroombronnen werken nu samen om de gewenste regelspanning te genereren op de regelaansluiting.

8702122 PHN 12.245 3

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding, waarbij de regelbare versterker een inverterende versterker omvat, wordt gekenmerkt, doordat de amplitudedetektor een eerste inverterende schakeling omvat met een inverteringang aangesloten 5 op de versterkeruitgang, en de stroombronnen een tweede inverterende schakeling vormen waarvan een inverteringang gevormd is door een stuuraansluiting van minstens de regelbare stroombron en waarvan een inverteruitgang gevormd is door een gemeenschappelijk knooppunt van de stroombronnen, welk knooppunt aangesloten is op de regelaansluiting.

10 Omdat veel oscillatoren gerealiseerd zijn door middel van een teruggekoppelde inverterende versterker, levert deze uitvoeringsvorm een eenvoudige opzet.

Een verdere uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding, waarbij de regelbare versterker een inverterende 15 versterker omvat, wordt gekenmerkt, doordat de amplitudedetektor de stroombronnen omvat en daarbij een inverterende schakeling vormt, waarvan een detektoringang op de versterkeringang en de detektoruitgang op de regelaansluiting aangesloten is. Door de amplitudedetektor aan te sluiten op de versterkeringang, waarop een signaal aanwezig is dat 20 180° uit fase is met dat op de versterkeruitgang, kan een extra inverterende schakeling achterwege blijven.

Een andere uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de regelaansluiting een voedingsaansluiting van de regelbare versterker omvat. Omdat een 25 versterker ook in de voeding geregeld kan worden, kan de versterkerregeling eenvoudiger worden uitgevoerd.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat in minstens één van de volgende kapaciteiten is voorzien: een eerste 30 bufferkapaciteit tussen de regelaansluiting en een vaste-spanningspunt; een tweede bufferkapaciteit tussen de uitgang van de amplitudedetektor en een vaste-spanningspunt. Door het integrerend effekt van één of beide bufferkapaciteiten wordt een enigszins gestabiliseerde, regelspanning verkregen, waarin fluktuaties als een gevolg van het 35 oscilleren zijn vermeden.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, waarin: 870 2122 * PHN 12.245 4 figuur 1 een principeschets van een oscillatorschakeling volgens de stand van de techniek geeft, figuur 2 een eerste principeschets van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding geeft, 5 figuur 3 een uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens figuur 2 geeft, figuur 4 een andere uitvoeringsvorm van de oscillatorschakeling volgens figuur 2 geeft, figuur 5 een verdere uitvoeringsvorm van de 10 oscillatorschakeling volgens figuur 2 geeft, figuur 6 een tweede principeschets van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding geeft, en figuur 7 een uitvoeringsvorm van de oscillatorschakeling volgens figuur 6 geeft.

15 In figuur 1 is een schema van de bekende oscillatorschakeling met amplituderegelaar weergegeven. De oscillatorschakeling is gevormd door versterker A, waarvan een versterkeruitgang via een terugkoppelnetwerk op de versterkeringang is aangesloten. De amplituderegelaar bevat een serieschakeling van een 20 weerstand R en een stroombron CS tussen een aansluitpunt op het terugkoppelnetwerk en een vaste-spanningspunt V2. Tussen de oscillatorschakeling en een stuuringang van de stroombron CS is een amplitudedetektor D geplaatst, terwijl het knooppunt KR van de regelaar aangesloten is op een regelingang van versterker A.

25 De stroombron CS onttrekt via weerstand R stroom aan het netwerk. De regelspanning voor versterker A op knooppunt KR ontstaat door het spanningsverval over weerstand R. Bij variëren van de amplitude varieert ook de stroom door stroombron CS en varieert bijgevolg de regelspanning.

30 In figuur 2 is een principeschets van een oscillatorschakeling met een amplituderegelaar volgens de uitvinding weergegeven. De met figuur 1 overeenstemmende elementen zijn op dezelfde wijze aangeduid. De amplituderegelaar omvat nu een stroombron CS1, die via amplitudedetektor D geregeld wordt, en een verdere stroombron CS2 35 die een referentiestroom voert, hetgeen is weergegeven door een aansluiting VREF voor een referentiespanning op te nemen op stroombron CS2. De stroombronnen zijn tussen voedingspunten en V2 in serie 8702122 * PHN 12.245 5 geschakeld. Stroombron CS1 voert stroom af van het knooppunt K3, stroombron CS2 voert stroom toe aan knooppunt K3. Deze opzet vermijdt niet alleen het onttrekken van stroom uit het oscillatorcircuit, maar realiseert bovendien een snellere regeling. In het schema uit figuur 1 5 wordt knooppunt KR opgeladen via weerstand R. Bij een kleine spanningsval over weerstand R zal er maar een kleine stroom lopen, bijgevolg waarvan het lang duurt voordat de regelspanning zijn nieuwe waarde bereikt. In het schema van figuur 2 wordt aktief stroom gedrukt naar knooppunt K3 door stroombron CS2, ongeacht de spanning over deze 10 stroombron. Vanuit knooppunt K3 gezien, bezitten beide stroombronnen een zeer grote impedantie. Kleine stroomveranderingen door knooppunt K3 leiden dan tot grote spanningsveranderingen.

In figuur 3 is een uitvoeringsvorm van het schema uit figuur 2 weergegeven. De versterker omvat nu de serieschakeling van 15 transistoren en tussen voedingsklemmen VDD en VSS· Tussen het knooppunt van deze transistoren en de stuuraansluiting van transistor N·^ is het terugkoppelnetwerk in de vorm van een halfgeleidervertragingslijn DL opgenomen. Van deze vertragingslijn DL bepalen de lengte en procesgrootheden zoals de vierkantsweerstand en 20 -kapaciteit de oscillatorfrekwentie. Op knooppunt is de ingang van de amplitudedetektor, gevormd door de serieschakeling van transistoren N2 en p2 aan?esi°ten. De uitgang van de amplitudedetektor, knooppunt K2, is verbonden met de stuuraansluiting van transistor P3, die in serie staat met transistor N3. Deze laatste ontvangt op zijn 25 stuuraansluiting een referentiespanning welke behoort bij een doorgelaten stroom ten grootte van of evenredig met Iref Transistor P3 vormt aldus de regelbare stroombron en transistor N3 de verdere stroombron. Hun onderlinge knooppunt K3 is aangesloten op de stuuraansluiting van transistor P^. Met knooppunt K2 en K3 zijn 30 respektievelijk de bufferkapaciteiten C2 en C3 verbonden. Deze kapaciteiten matigen door hun integrerende werking de gevoeligheid van de regeling enigszins.

De werking is als volgt. Bij het starten sperren transistoren N2, P2 en P3. De referentiestroom dwingt dan 35 transistor N3 om de regelspanning op knooppunt K3 te verlagen, als gevolg waarvan transistor ver open gaat. Het oscilleren begint als de door P^ geleide stroom groot genoeg is om aan de oscilleerwaarde te 870212* PHN 12.245 6 voldoen. Transistor N2 transformeert daarbij de positieve oscillatie-uitwijking om in een stroom, die op kapaciteit C2 geïntegreerd wordt.

De spanning over C2 wordt dan lager bijgevolg waarvan transistor P3 gaat geleiden. Het knooppunt K3 komt daarbij op een hogere potentiaal, 5 waardoor de stroomdoorgang door transistor P^ teruggeregeld wordt.

In figuur 4 is een andere uitvoeringsvorm van de oscillatorschakeling volgens figuur 2 weergegeven. De oscillator omvat weer de serieschakeling van transistor en P^ tussen de voedingspunten VDD en Vgs. Het knooppunt van de transistoren is 10 via de vertragingslijn DL teruggekoppeld naar de stuurelektrode van transistor . Door nu de amplitudedetektor met transistoren N2 en P2 aan te sluiten op de ingang van versterker N^/P^, gevormd door de stuurelektrode van transistor N^, wordt gebruik gemaakt van het faseverschil van 180° tussen de signalen op deze elektrode en 15 knooppunt om een inverter minder te gebruiken ten opzichte van de schakeling van figuur 3. Zowel de funktie van amplitudedetektor als van stroombronserieschakeling wordt nu waargenomen door transistoren N2 en P2. Kapaciteit C, aangesloten op regelaansluiting K3, dient weer ter stabilisatie.

20 ïn figuur 5 is een verdere uitvoeringsvorm van de oscilleerschakeling volgens figuur 2 weergegeven. De oscillator bestaat uit de over vertragingslijn DL teruggekoppelde inverter N^/P^. De op de uitgang daarvan aangesloten amplitudedetektor ^2^2 re9e^-'t stroombron P3, die in serie staat met referentiestroombron N3.

25 Versterker N^/P^ wordt gevoed via knooppunt K3 dat de regelaansluiting vormt.

In figuur 6 is een variant van een principeschema van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding weergegeven. Deze verschilt van die van figuur 2 doordat de amplitudedetektor nu twee stroombronnen 30 CS1 en CS2 stuurt en wel tegengesteld aan elkaar. Door de tegengestelde sturing werken de stroombronnen samen bij het genereren van de regelspanning op knooppunt K3.

In figuur 7 is een uitvoeringsvorm van de oscillatorschakeling van figuur 6 weergegeven. De oscillator, de voor 35 vertragingslijn DL teruggekoppelde versterker N^/P^ is met zijn ingang verbonden met inverter ^2^2' waarvan transistoren N2 en P2 tegengesteld gestuurd worden. De uitgang van inverter N2/P2 is 870 2122 PHN 12.245 7 verbonden aet de stuuraansluiting van transistor P| via de regelaansluiting K3. Inverter ^2^2 fun?eert evenals bij de schakeling van figuur 4, weer als amplitudedetektor en als stroombronserieschakeling.

8702122

Claims (10)

1. Oscillatorschakeling met een amplituderegelaar, welke oscillatorschakeling een via een regelaansluiting door middel van een regelspanning regelbare versterker met tussen een versterkeringang en een versterkeruitgang geplaatst terugkoppelcircuit omvat en welke 5 amplituderegelaar een amplitudedetektor omvat, waarbij een, in afhankelijkheid van een door de amplitudedetektor gedetekteerde amplitude, regelbare stroombron regelbaar is die met de regelaansluiting is verbonden, gekenmerkt, doordat in een verdere, met de regelaansluiting verbonden stroombron is voorzien, door welke 10 stroombronnen stromen van een onderling tegengestelde polariteit leverbaar zijn op de regelaansluiting.

2. Oscillatorschakeling volgens konklusie 1, gekenmerkt, doordat de verdere stroombron een referentiestroombron omvat voor het leveren van een referentiestroom.

3. Oscillatorschakeling volgens konklusie 2, gekenmerkt, doordat de referentiestroom instelbaar is.

4. Oscillatorschakeling volgens konklusie 1, gekenmerkt, doordat de genoemde stroombronnen tegengesteld regelbaar zijn door de amplitudedetektor.

5. Oscillatorschakeling volgens konklusie 1, 2, 3 of 4, waarbij de regelbare versterker een inverterende versterker omvat, gekenmerkt, doordat de amplitudedetektor een eerste inverterende schakeling omvat met een inverteringang aangesloten op de versterkeruitgang, en de stroombronnen een tweede inverterende 25 schakeling vormen waarvan een inverteringang gevormd is door een stuuraansluiting van minstens de regelbare stroombron en waarvan een inverteruitgang gevormd is door een gemeenschappelijk knooppunt van de stroombronnen, welk knooppunt aangesloten is op de regelaansluiting.

6. Oscillatorschakeling volgens konklusie 1, 2, 3 of 4, 30 waarbij de regelbare versterker een inverterende versterker omvat, gekenmerkt, doordat de amplitudedetektor de stroombronnen omvat en daarbij een inverterende schakeling vormt, waarvan een detektoringang op de versterkeringang en de detektoruitgang op de regelaansluiting aangesloten is.

7. Oscillatorschakeling volgens konklusie 1, 2, 3, 4, 5 of 6, gekenmerkt, doordat de regelaansluiting een voedingsaansluiting van de regelbare versterker omvat. 87021 22 PHN 12.245 9

8. Oscillator volgens één der voorgaande konklusies, gekenmerkt, doordat in minstens één van de volgende kapaciteiten is voorzien: een eerste bufferkapaciteit tussen de regelaansluiting en een vaste-spanningspunt; een tweede bufferkapaciteit tussen de uitgang van 5 de amplitudedetektor en een vaste-spanningspunt.

9. Oscillatorsschakeling volgens konklusie 5 en 8, waarbij de regelbare versterker tussen een eerste en een tweede voedingspunt een serieschakeling van stroomgeleidingspaden van een eerste transistor en een tweede transistor, respektievelijk van een eerste en een tweede 10 geleidingstype, omvat, waarbij tussen een stuurelektrode van de eerste transistor enerzijds en een gemeenschappelijk verbindingspunt van de genoemde transistoren anderzijds het terugkoppelcircuit is geplaatst, gekenmerkt, doordat de amplitudedetektor tussen eerste en tweede voedingspunt een serieschakeling van stroomgeleidingspaden van een derde 15 en een vierde transistor, respektievelijk van het eerste èn het tweede geleidingstype, omvat, waarbij een stuurelektrode van de derde transistor op de uitgang de regelbare versterker en een stuurelektrode van de vierde transistor op een eerste knooppunt van de derde en vierde transistor is aangesloten, welk eerste knooppunt een detektoruitgang 20 vormt, alsmede de verdere en de stuurbare stroombron een serieschakeling van een vijfde en zesde transistor, respektievelijk van het eerste en het tweede geleidingstype, tussen de voedingspunten vormen, waarbij de detektoruitgang aangesloten is op een stuurelektrode van de zesde transistor, de vijfde transistor een referentiestroom geleidt en een 25 tweede knooppunt tussen de vijfde en zesde transistor aangesloten is op een stuurelektrode van de tweede transistor, waarbij tussen het eerste, respektievelijk tweede knooppunt en het eerste voedingspunt de respektievelijke bufferkapaciteit is geplaatst.

10. Oscillatorschakeling volgens konklusie 6 en 8, waarbij de 30 regelbare versterker tussen een eerste en tweede voedingspunt een serieschakeling van stroomgeleidingspaden van een eerste en een tweede transistor, respektievelijk van een eerste en een tweede geleidingstype, omvat, waarbij tussen een stuurelektrode van de eerste transistor enerzijds en een gemeenschappelijk verbindingspunt van genoemde 35 transistoren anderzijds het terugkoppelcircuit is geplaatst, gekenmerkt, doordat de amplitudedetektor tussen het eerste en tweede voedingspunt een serieschakeling' van stroomgeleidingspaden van een derde en vierde 8702122 t PHN 12.245 10 transistor, respektievelijk van het eerste en tweede geleidingstype, omvat, waarvan respektievelijke stuurelektrodes op de stuurelektrode van de eerste transistor zijn aangesloten en een knooppunt tussen derde en vierde transistor is verbonden met een stuurelektrode van de tweede 5 transistor. 87021 22