NO174489B

NO174489B - Spenningsstyrt oscillator

Info

Publication number: NO174489B
Application number: NO892575A
Authority: NO
Inventors: Wolfgang Zirwas
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1988-07-25
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1994-01-31
Also published as: CH677711A5; DE3825238A1; NO892575L; NO892575D0; NO174489C

Description

Oppfinnelsen angår en spenningsstyrt oscillator i henhold til innledningen av krav 1.

Spenningsstyrte oscillatorer av den i innledningen omtalte art er ålment kjent. Særlig på grunn av temperaturkoeffisientene til de frekvensbestemmende kondensatorer og de temperatur-avhengige parametervariasjoner til oscillatortransistoren fås det en temperaturavhengig oscillatorfrekvens. Ved oscil-latorfrekvenser på 1 GHz og ved temperaturdifferanser på ca. 70°C kan forstemningen av oscillatoren allerede utgjøre noen MHz. For å kompensere denne forstemning blir det på kjent måte innsatt en eller flere av de frekvensbestemmende kondensatorer med spesielt utvalgte negative temperaturkoeffisienter i kretsen for å minimere driften. Dermed fås imidlertid det problem at kondensatorene med forskjellige kapasitansverdier bare kan fås med et begrenset antall av temperaturkoeffisienter, slik at ikke vilkårlige og fremfor alt heller ingen vilkårlig store temperaturforløp kan kompenseres. Ytterligere problemer kan i den forbindelse fås ved at disse kondensatorer bare kan fås i få utførelser, slik at spesielt moderne teknologier som SMD-teknikken ikke alltid lar seg realisere, og dessuten er kondensatorer med negative temperaturkoeffisienter vesentlig dyrere enn slike som har positive temperatur-koef f isienter .

Videre viser US-PS nr. 2 945 187 en temperaturkompensert transistorforsterker hvor en i et forsterkertrinn på tomgang anordnet annet transistor er likestrømsmessig forbundet med kollektortilkoblingen på en første transistor. Kollektorstrøm-ningen til den for signalforsterkningen anordnede transistor holdes konstant, uavhengig av temperaturen, ved at den tempera-turavhengige kollektorstrømovertagelse skjer med den annen transistor. Forutsetningen for dette er at kollektorstrømmen forandrer seg jevnt med temperaturavhengigheten, slik at det for en optimal kompensasjon må anvendes mest mulig like transistorer.

US-PS nr. 2 991 424 viser en kretsanordning med en forsterker-krets hvor det benyttes en forsterkertransistor som har karakteristikker av hvilke én konstant er avhengig av temperaturen, samt en kompensasjonskrets som benytter en ytterligere transistor som er anordnet utelukkende for å kompensere for virkningen av temperaturen på forsterkertransistoren. Denne forsterkerkobling benytter imidlertid ikke parallellkoblede kollektortilkoblinger med tanke på et funksjonelt samvirke, idet kollektortilkoblingene sammen er forbundet med en strømforsyningstilkobling.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse består følgelig i å finne en temperaturkompensasjon for en spenningsstyrt oscillator av den i innledningen omtalte art, ved hvilke det ikke er nødvendig å anvende frekvensbestemmende kondensatorer med spesielt utvalgte negative temperaturkoeffisienter.

I henhold til oppfinnelsen blir hensikten oppnådd ved en spenningsstyrt oscillator av den i innledningen omtalte art ved at oscillatoren er utført med de i karakteristikken til krav 1 angitte trekk. En særlig fordel ved løsningen i henhold til oppfinnelsen er at med denne kan det realiseres utførelses-teknikker som er vanlig for frekvensområder fra noen 100 MHz til ca. 1 GHz og at særlig også en monolittisk integrert løsning lett er mulig. Foretrukkede utførelser av den spenningsstyrte oscillator i henhold til oppfinnelsen er nærmere beskrevet i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere i tilknyt-ning til et på tegningen vist utførelseseksempel.

Fig. 1 viser et kretsdiagram av en spenningsstyrt oscillator i

henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et utsnitt av kretsdiagrammet på fig. 1 med de

for temperaturkompensasjonen vesentlige komponenter.

På fig. 1 er det anordnet som oscillatortransistor Tl anordnet en NPN-transistor med en grensefrekvens i basiskobling på ca. 1 GHz. Basistilkoblingen på denne transistor er via en første motstand RI forbundet med en matespenningskilde -UB og dessuten er basistilkoblingen forbundet via en annen motstand R2 og en første kondensator Cl med referansepotensial. De to motstander RI, R2 utgjør en kjent basisspenningsdeler og ved den første kondensator Cl ligger basistilkoblingen vekselspenningsmessig på referansepotensial, slik at den første transistor Tl drives i basiskobling. Det frekvensbestemmende nettverk består på den ene side av seriekoblingen av den annen og tredje kondensator C2, C3 og på den annen side av induktansen LI, som via seriekoblingen av den sjette kondensator C6 og kapasitansdioden CD samt over seriekoblingen av den syvende kondensator C7 og den åttende kondensator C8 er forbundet med referansepotensial. Seriekoblingen av den sjette kondensator C6 og kapasitansdioden CD virker dermed som en avstemningsreaktans og for avstemning er kapasitansdioden CD forbundet over en motstand R6 med en styrespenningstilkobling UR som har en niende kondensator C9 parallellkoblet som filterkondensator. Samtidig kan den effektive avstemningskapasitans innstilles via åttende kondensator C8 som er utført som trimmer. Fra det felles koblingspunkt mellom den annen og tredje kondensator C2, C3 blir en del av oscillatorsignalet tilbakekoblet via en parallellkobling av en femte motstand R5 og en femte kondensator C5 til koblingspunktet mellom en tredje og en fjerde motstand R3, R4. Mens den annen tilkobling på den tredje motstand R3 er forbundet med emittertilkoblingen på den første transistor Tl, er den annen tilkobling på den fjerde motstand R4 forbundet med drivspenningskilden -UB. Drivspenningskilden befinner seg dermed i parallell med en filterkondensator CS.

For temperaturkompensasjon er kollektortilkoblingen på den første transistor Tl dessuten forbundet via en annen induktans L2 i form av en kvartbølgeledning med kollektortilkoblingen på en annen transistor T2, i hvilket tilfelle det dreier seg om en PNP-transistor for lavfrekvensområdet. Kollektortilkoblingene på de to transistorer er forbundet over en syvende motstand R7 med drivspenningskilden -UB og over en åttende motstand R8 med basistilkoblingen på den annen transistor T2 samt med en av en niende og tiende motstand R9, RIO dannet basisspenningsdeler. Emittertilkoblingen på den annen transistor T2 er forbundet direkte med referansepotensial, slik at transistoren T2 med forbundne komponenter utgjør et lavfrekvent forsterkertrinn i tomgang i emitterkobling og med motspenningskobling. Ved at kollektortilkoblingen på den annen transistor T2 vekselspenningsmessig ligger på referansepotensial er det ved koblingspunktet mellom den annen induktans L2 og kollektortilkoblingen på den annen transistor T2 tilkoblet en til oscillatorfrekvensen avstemt resonanskrets, hvis andre tilkobling befinner seg på referansepotensial. Resonanskretsen blir i den forbindelse dannet av en tredje induktans L2 i form av en konsentrert spole og en tiende kondensator CIO.

Utkoblingen av oscillatorsvingningen fra oscillatortrinnet skjer ved koblingspunktet mellom den annen og tredje kondensator C2, C3 og ved en der tilkoblet fjerde kondensator C4, hvis andre tilkobling er forbundet med basistilkoblingen på en tredje transistor T3. Med basistilkoblingen er det videre forbundet en av en ellevte og tolvte motstand Ril, R12 dannet basisspenningsdeler. Emittertilkoblingen på den tredje transistor T3 er forbundet via en fjortende motstand R4 med en som filterkondensator virkende ellevte kondensator Cll og med en femtende motstand R15, og den annen tilkobling på den femtende motstand R15 er forbundet til drivspenningskilden -UB. Kollektortilkoblingen på den tredje transistor T3 er forbundet over en trettende motstand R13 med referansepotensial og over en tolvte kondensator C12 med en utgangsklemme.

Til den videre forklaring av virkemåten til den spenningsstyrte oscillator på fig. 1 tjener det på fig. 2 viste prin-sippkoblingsskjerna hvor de frekvensbestemmende kapasitanser er slått sammen til kondensatoren C. Det kan sees at disse kapasitanser sammen med den avstemte første induktans utgjør en parallellsvingekrets som er forbundet med kollektortilkoblingen på den første transistor Tl, og dessuten er denne kollektortilkobling via den annen induktans L2 likespen-ningsmessig forbundet med kollektortilkoblingen på transistoren T2 i det nøytralt arbeidende forsterkertrinn. På grunn av temperaturavhengigheten til basisemitterdioden i transistoren T2 dannes ved kollektortilkoblingen på denne transistoren en temperaturavhengig spenning som samtidig utgjør kollektorspenningen på den første transistor Tl. Den på transistoren Tl påtrykte kollektoremitterspenning er dermed temperaturavhengig og forandrer på temperaturavhengig måte kapasitansen mellom emitter- og kollektortilkoblingen på denne transistor. Da denne kapasitans utgjør en del av den frekvensbestemmende kapasitans C, fås det ved egnet dimensjonering en temperaturkompensasjon ved en spenningstilbakeføring til kollektoren på oscillatortransistoren Tl. Dertil kan ved å forandre motkoblingen av transistoren T2, altså spesielt ved forandring av verdien til den åttende motstand R8, forandringen i kollektorspenningen til de to transistorer tilpasses over temperaturen på en gitt krets. Som særlig fordelaktig har det i den forbindelse vist seg at basisspenningen og dermed også emitterspenningen til oscillatortransistoren Tl ikke påvirkes av kompensasjons-kretsen og dermed ikke gir noen ytterligere temperaturbetinget nivåavhengighet av utgangssignalet.

Claims

1. Spenningsstyrt oscillator, spesielt for frekvensområdet på fra noen 100 MHz til 1 GHz med minst én i en tilbakekobling-krets anordnet første transistor, hvis kollektortilkobling er forbundet med et frekvensbestemmende nettverk som inneholder minst en kapasitansdiode, en induktans og kondensatorer, karakterisert ved at kollektortilkoblingen på den første transistor (Tl) likestrømsmessig er parallellkoblet til en i et nøytralt arbeidende forsterkertrinn anordnet annen transistor (T2), at de parallellkoblede kollektortilkoblinger på de to transistorer (Tl, T2) er koblet via en felles kollektormotstand (R7) til en drivspenningskilde (-UB), at basistilkoblingen på den første transistor (Tl) er forbundet over en første motstand (RI) med drivspenningskilden (-UB) og over parallellkoblingen av den første kondensator (Cl) og en annen motstand (R2) med referansepotensial, at emittertilkoblingen på den første transistor (Tl) er forbundet over seriekoblingen av en tredje og en fjerde motstand (R3, R4) med drivspenningskilden (-UB), at kollektortilkoblingen på den første transistor (Tl) er forbundet over seriekoblingen av en annen og en tredje kondensator (C2, C3) med referansepotensial, at en av tilkoblingene på en fjerde og en femte kondensator (C4, C5) og en femte motstand er forbundet i koblingspunktet mellom den annen og tredje kondensator (C2, C3), at de andre tilkoblinger på den femte kondensator (C5) og den femte motstand (R5) er forbundet med det felles koblingspunkt mellom den tredje og fjerde motstand (R3, R4), at kollektortilkoblingen på den første transistor over en første induktans (LI) er forbundet med en tilkobling på en sjette og syvende kondensator (C6, C7), at den andre tilkobling på den sjette kondensator via en kapasitansdiode (CD) er forbundet med referansepotensial og via en sjette motstand (R6) med en styrespenningskilde (UR) hvortil en niende kondensator (C9) kan være parallellkoblet, at den andre tilkobling på den syvende kondensator (C7) over en åttende kondensator (C8) er forbundet med referansepotensial, at kollektortilkoblingen på den første transistor (Tl) dessuten over en annen induktans (L2) er forbundet med kollektortilkoblingen på den annen transistor (T2) og med en resonanskrets for oscillatorfrekvensen i form av en tiende kondensator (CIO) og en tredje induktans (L3), og at den annen tilkobling på resonanskretsen er lagt på referansepotensial.

2. Spenningsstyrt oscillator i henhold til krav 1, karakterisert ved at den første transistor (Tl) har en grensefrekvens i basiskobling på minst 1 GHz.

3. Spenningsstyrt oscillator i henhold til krav 1, karakterisert ved at den annen transistor er en lavfrekvenstransistor.

4. Spenningsstyrt oscillator i henhold til krav 1, karakterisert ved at det nøytralt arbeidende forsterkertrinn er utført i emitterkobling med spennings-tilbakekobling og at emittertilkoblingen på den annen transistor (T2) i den forbindelse er direkte forbundet med referansepotensial og basistilkoblingen på denne transistor (T2) over en åttende motstand (R8) med kollektortilkoblingen samt over en niende motstand (R9) med drivspenningskilden (-UB) og over en tiende motstand (RIO) med referansepotensial.

5. Spenningsstyrt oscillator i henhold til krav 1, karakterisert ved at det som annen induktans (L2) er anordnet en til oscillatorens svingefrekvens avstemt kvartbølgeledning.

6. Spenningsstyrt oscillator i henhold til krav 1, karakterisert ved at den annen tilkobling på den fjerde kondensator (C4) er koblet til tilkoblingen på et ytterligere forsterkertrinn på hvis utgang den genererte oscillatorsvingning has.