DE2039695C3 - Amplitudengeregelter Transistoroszillatoror - Google Patents

Description

gleichgerichteten Oszillatoraiisgangsspannung mittels einer über den Trennverstärker laufenden Regelschleife den Emitter-Gleichstrom des Schwingtransistors einstellt und daß der Trennverstärker aus mehreren galvanisch durchverbundenen Transistoren besteht, von denen der erste Transistor galvanisch an den Emitter des Schwingtransistors angekoppelt ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich erstens der Vorteil, daß die gesamte Schaltungsanordnung ohne Koppelkondensatoren zwischen den einzelnen Stufen und damit besonders gut in integrierter Schaltungstechnik realisiert werden kann, da der galvanische Ankopplungspunkt des Trennverstärkers an die Schwingstufe lediglich solche Gleichspannungsverschiebungen aufweist, die trotz verschiedener Regelzu- \% stände des Gleichstrom-Regeltransistors und der Schwingstufe nur eine unbedeutende Verschiebung des Arbeitspurktes des Trennverstärkers bedingt Der zweite Vorteil liegt in der klirrarmen Amplitudenregelung der Schwingstufe, durch welche eine quasi lineare 2η Betriebsweise erzielbar ist und abgesehen von den frequenzbestimmenden Elementen sich weitere selektive Mittel zur Erzielung eines sinusförmigen Ausgangssignals erübrigen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der >-, Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt einen quarzgesteuerten Oszillator mit dem Schwing-Transistor 1, einem dreistufigen Trennverstärker mit den Transistoren 7,14 und 17 sowie zwei in der Regelung dienenden Transistoren 9 und 20.

Die Schwingschaltung ist eine kapazitive Dreipunktschallung vom Colpiltstyp. Sie enthält den Schwing-Transisior 1, dessen Kollektor mit dem geerdeten Pluspotential ( +) der Versorgungsspannung verbunden js ist und damit auf Wechselstrom-Nullpotential liegt. Das Rückkopplungsnetzwerk enthält die Serienschaltung des Schwingquarzes 2 und einer Ziehkapazität, welche als eine Parallelschaltung eines Festkondensators 3 und eines Trimmers 4 zusammengesetzt ist. Parallel zu dieser Serienschaltung liegt ein kapazitiver Spannungsteiler, bestehend aus den Kapazitäten 5 und 6, an dessen Abgriff der Emitter des Schwingtransistors 1 angeschlossen ist. Der eine Endanschiuß (Kapazität 5) des kapazitiven Spannungsteilers ist mit dem Schwingquarz 4^r> 2 sowie der Basis des Schwingtransis.'irs 1 verbunden, der andere Endanschluß (Kapazität 6) des kapazitiven Spannungsteilers mit der Ziehkapazität und mit Erde (Wechselstrom-Nullpotential). Demgemäß ist auch der Trimmer 4 geerdet. Die Srrienschaltung des Quarzes 2 ίη und der Ziehkapazität 3, 4 wirkt hierbei als eine induktive Reaktanz, die zusammen mit den Kapazitäten 5 und 6 einen Resonanzkreis bildet.

Zur Auskopplung der Oszillatorspannung dient der Verstärkertransistor 7 in Kollektor-Basis-Schaltung, y, dessen Basis direkt mit dem Emitter des Schwingtransistors 1 verbunden ist. [Dieser Emitter des Schwingtransistors 1 ist weiterhin über den ohmschen Schutzwiderstand 8 an den Kollektor des Gleichstromregeltransi· stors 9 angeschlossen, welcher als eine regelbare wi Stromquelle geschaltet ist. Da sämtliche Transistoren vom npn-Leilfähigkeitstyp sind, ist das mit Erde verbundene kollektorseitige Versorgungsspannungspolential positiv. Das den Emitter des Gleichstrom-Regeltransistors 9 speisende negative Potential ist über einen b^r> längsgeschaltelen Siebwiderstand, eine quergeschaltete Zenerdiode und einen quer^eschalleten Siebkondensator stabilisiert und gesiebt.

Das Gleichpotential der Basis des Schwingtransistors 1 ist durch Anschluß dieser Basis an den Abgriff eines ohmschen Spannungsteilers 10, !1 festgelegt Dieser Spannungsteiler besteht aus den zwei ohmschen Widerständen 10 und 11 und ist zwischen das stabilisierte negative Versorgungspotential und den geerdeten Pluspol eingeschaltet. Die Verstärkungsregelung des Schwingtransistors 1 geschieht durch Veränderung des über den Gleichstromregeltransistor 9 eingeprägten Emitterstf omes und damit der Steilheit des Schwingtransistors 1. Hierbei verändert sich die Emitterspannung des Transistors 1 nur unwesentlich um einige mV, da das Basispotential durch den Spannungsteiler 10, 11 festgehalten ist. Daher bleibt im gesamten Regelbereich die Spannung zwischen dem Emitter des Transistors 1 und Erde praktisch konstant, so daß der Arbeitspunkt des galvanisch angeschlossenen Trennverstärkers, der aus den jeweils galvanisch miteinander verbundenen Transistoren 7, 14 und 17 besteht, im gesamten Regelbereich praktisch unverändert ble>bt.

Der in Kollektor-Basis-Schaltung arbeitende erste Verstärker-Transistor 7 ist emitterseitig an die Basis des nachfolgenden Transistors 14 und über den Emitterwiderstand 13 an das stabilisierte Minuspotential angeschlossen. Der in Emitterschaltung arbeitende zweite Verstärker-Transistor 14 ist kollektorseitig an die Basis des Endlransistors 17 und über einen Arbeitswiderstand an das Pluspotential angeschlossen. Der Emitter des Transistors 14 ist über einen Emitterwiderstand 26 mit dem stabilisierten Minuspotential verbunden. Aus Gründen der Arbeitspunktstabilität ist die Gleichspannungsverstärkung des gesamten Trennverstärkers kleiner als 1 gewählt; die Wechselspannungsverstärkung ist jedoch höher, da der Emitterwiderstand 26 des Transistors 14 durch ein nach Erde geführtes /?C-Serienglied 15, 16 wechselstrommäßig überbrückt ist. Der in Kollektor-Basis-Schaltung arbeitende Endtransistor 17 ist kollektorseitig geerdet und emitterseitig über einen Emitterwiderstand an das stabilisierte Minuspotential angeschlossen. Das Ausgangssignal wird vom Emitter des Transistors 17 über einen Entkopplungswiderstand 18 und einen Trennkondensator an den Ausgang 27 abgegeben.

Zur Regelspannungserzeugung ist die Basis des gleichrichtenden Transistors 20 über den Kondensator

19 an den Emitter des Endtransistors 17 angekoppelt. Eine unerwünschte Aufladung des Kondensators 19 durch den Basisrichtstrom des Transistors 20 wird durch die Diode 21 zwischen Basis und Emitter des Transistors

20 verhindert. Hierbei liegen der Emitter des Transistors 20 und die Diode 21 an dem stabilisierten Minuspotential der Versorgungsspannung. Die Basis des Gleichstrom-Regeltransistors 9 ist galvanisch über dei. Widerstand 25 an den Kollektor des gleichrichtenden Transistors 20 angeschlossen. Das Pliispotential wird dem Kollektor des gleichrichtenden Transistors 20 über den einseitig geerdeten ohmschen Widerstand 22 zugeführt. Die Kondensatoren 23 und 24, die den Kollektor des Tr.-nsistors 20 und die Basis des Transistors 9 jeweils mit dem stabilisierten Minuspotentiäl und damit mit Wechselslrom-Nullpotential verbinden, bewirken zusammen mit dem ohmsrfietf Widerstand 25 eine Siebung der Regelspannung von Hochfrequenzresten.

Beim Anschwinge.¹? der Oszillatorstüfe ist der Transistor 9 über die Widerstände 22 und 25 durchgeschaltet. Hierbei arbeitet der Schwingtransistor 1 am Punkt seiner höchsten Verstärkung mit dem

maximal möglichen, durch den Begfenzuhgswiderstand 8 begrenzten EmiUerstrom. Erreicht die Wechsclspanhungsamplitude am Emitter des Endtransistors 17 den Wert der SchwellefisparinUng der Emitter-Basis-Diode des gleichrichtenden Transistors 20, so wird dieser leitend und reduziert somit den über den Widerstand 22 zugeführten Basisstrom des GUiichstrom-Regeltransistors 9. Der Kollektorstrom des eine gesteuerte Gleichstromquelle darstellender) Glcichstrom-Regcltransistors 9 sinkt dabei so «(eil ab, bis die zum ^stationären Betrieb, erforderliche' Verstärkung des Schwmgtränsistörs j erreicht ist. Die Regelverstärkung ist hierbei wegen der Verstärkung der Regelabweichung durch die Transistoren 20 und 9 vergleichsweise hoch.

Der gestrichelt umrandete Teil der Schallungsanordnung ist für den Einbau in einen Thermostaten vorgesehen. Da sich der gleichrichtende Transistor 20 ebenfalls innerhalb des Thermostaten befindet, bleibt die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung der Emitter-Basis-Diode dieses Transistors wirkungslos, so daß die Schwellenspannüng des gleichrichtenden Transistors 20 eine konstante Führungsgföße für die Regelschaltung darstellt.

Hierzu 1 Bfatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Amplitudengeregelter Transistoroszillator mit einem Schwingtransistor, dessen drei Elektroden an ein dreipoliges Rückkopplungsnetzwerk angeschlossen sind, bei dem dar Schwing-Transistor und ein Gleichstrom-Regeltransistor hinsichtlich ihrer Kollektor-Emitter-Strecken derart in Serie geschaltet sind, daß der Kollektor des Regeltransistors galvanisch mit dem Emitter des Schwing-Transistors verbunden ist, und bei dem an den Schwing-Transistor ein nachgeschalteter Trennverstärker galvanisch angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungsnetzwerk aus einem kapazitiven Spannungsteiler (5, 6) besteht, dessen eine Teilkapazität (5) parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Schwingtransistors (1) liegt, daß die Basis des Schwingtransistors (1) an einem Schaltungspunkt mit einem vom Regelzustand des Schwing-Traniistors (1) unabhängigen Gleichpotential angeschlossen ist, daß dieses Gleichpotential durch einen zwischen den beiden Polen der Versorgungsspannung geschalteten ohmschen Spannungsteiler (10, 11) erzeugt ist, daß der Kollektor des Schwing-Transistors (1) mit dem einen Pol der Betriebsspannung verbunden ist, daß der Gleichstromregeltransistor (9) in Abhängigkeit von der gleichgerichteten Oszillatorausgangsspannung mittels einer über den Trennverstärker laufenden Regelschleife den Emitter-Gleichstrom des Schwing-Transiotors (1) einstellt und daß der Trennverstärker aus mehreren g Ivanisch durchverbundenen Transistoren (7, M, 17) besteht, von denen der erste Transistor (7) galvanise' an den Emitter des Schwing-Transistors(1 Jangekoppelt ist.

   Die Erfindung betrifft einen amplitudengeregelten Transistoroszillator mit einem Schwingtransistor, dessen drei Elektroden an ein dreipoliges Rückkopp'tingsnetzwerk angeschlossen sind, bei dem der Schwing-Transistor und ein Gleichstrom-Regeltransistor hinsichtlich ihrer Kollektor-Emitter-Strecken derart in Serie geschaltet sind, daß der Kollektor des Regeltransitors galvanisch mit dem Emitter des Schwing-Transistors verbunden ist, und bei dem an den Schwing-Transistor ein nachgeschalteter Trennverstärker galvanisch angekoppelt ist.

   Durch die US-PS 32 ! 3 390 ist ein Transistoroszillator mit einem Schwingverstärker bekannt, welcher vom Ausgang zum Eingang über einen Quarz rückgekoppelt ist. Zur Regelung der Schwingamplitude dieses Oszillators w'rd die Versorgungsspannung des Schwingverstärkers samt den dazugehörigen, den Arbeitspunkt festlegenden Widerständen mittels eines versorgungsstrommäßig in Serie geschalteten, veränderbaren Widerstandes derart geregelt, daß eine nichtlineare Begrenzung dieser Sehwingamplitude unmittelbar durch den Wert der jeweils an dem Schwingverstärker verfügbaren Versorgungsspannüng entsteht. Dabei ist der Veränderbare Widerstand durch einen Gieichstromregeltransistor realisiert, welcher aus einer der Ausgangsspannung des Oszillators proportionalen Gleichspannung gesteuert ist. Die Ausgangsspannung der gesamten Anordnung wird von einem Transistor geliefert, dessen Basis unmittelbar mit dem Kollektor des zweiten Transistors des Schwingverstärkers verbunden ist. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist, daß die Sehwingamplitude stark nichtlinear begrenzt wird und daß das Gleich-Basispoteniial des nachfolgenden Verstärkertransistors und damit dessen Arbeitspunkt unmittelbar vom Regelzustand des .Schwingverstärkers abhängig ist.

   In der US-PS 33 7.3 379, insbesondere Fig. 3, st ein

   ίο kapazitiver Dreipunktquarzoszillator mit einem Transistor als aktives Element beschrieben, wobei der Transistorstufe ein galvanisch an den Emitter gekoppelter einstufiger Trennverstärker nachgeschaltet ist.
   Bei diesem Oszillator ist die Basis des Schwing-Transistors ebenfalls an einen Schaltungspunkt mit einem vom Regelzustand des Schwing-Transistors unabhängigen Gleichpotential angeschlossen, wobei dieses Gleichpotential durch einen zwischen den beiden Polen der Versorgungsspannung geschalteten ohmschen Spannungsteiler erzeugt ist. Der Kollketor des Schwing-Transistors ist dabei mit dem einen Pol der Betriebsspannung verbunden.

   Diese Schaltung dient jedoch nicht zur Amplitudenregelung, sondern ein Teil der Betriebsspannung des Oszillators wird als Ziehspannung für eine Varaktordiode verwendet, die den kapazitiven Anteil des Quarzschwingkreises %o verändert, daß die Frequenz des Oszillators temperaturunabhängig konstant bleibt. In der deutschen Offenlegungsschrift 19 54 068 ist ebenfalls eine kapazitive Dreipunktschaltung beschrieben, bei der die Ausgangsamplitude der Oszillatorspannung geregelt werden soll. Sowohl der Schwing-Transistor als auch der in die Quellenelektrode eingeschaltete Transistor, der als Gleichstromquelle dient, sind dabei

   J5 Feldeffekt-Transistoren, genauso wie der den Gleichstromfeldeffekt-Transistor steuernde weitere Transistor.

   Der als Gleichstromquelle dienende Feldeffektransistor w-rd dabei mit so großen Amplituden ausgesteuert.

   •40 daß die Ansteuerung des Schwing-Transistors in Form einer Stromwinkelsteuerung erfolgt. Diese Aussteue rung hat jedoch den Nachteil, daß eine stark verzerrte, nicht sinusförmige Ausgangsspannung am Oszillator entsteht, aus der die Grundwelle ausgesiebt werden muß. Eine Kleinsignalregelung ist daher mit einer solchen Anordnung nicht möglich. Dies auch schon deshalb nicht, weil die Steilheit von Feldeffekt-Transistoren gegenüber normalen Flächentransistoren sehr klein ist.

   w Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transistoroszillator der eingangs genannten Art anzugeben, der sich auch bei Verwendung eines Trennverstärkers weitgehend in integrierter Schaltungslechnik, insbesondere unter Verwendung von handelsüblichen Universal schaltkreisen realisieren läßt.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rückkopplungsnetzwerk aus einem kapazitiven Spannungsteiler besieht, dessen eine Tcilkapazitäl parallel zur Emitter Basis-Strecku des Schwingtransi stors liegt, daß die Basis des Schwingtransistors an einem Schaltungspunkl mit einem vom Regelzustand des Schwing-Transistors unabhängigen Gleichpotential angeschlossen ist, daß dieses Gleichpotential durch einen zwischen den beiden Polen der Versorgungsspannung geschalteten ohmschen Spannungsteiler erzeugt ist, daß der Kollektor des Schwingträhsislors mit dem einen Pol der Betriebsspannung verbünden ist, daß der dieichstromregeltransistor in Abhängigkeit Von der