DE2148463C2 - Schaltungsanordnung zur Kompensation des Temperaturgangs eines in einem Oszillator enthaltenen Quarzes - Google Patents

Description

ches neben konstanten und neben temperaturabhän- .. gende Spannung den hierzu erforderlichen Wert angigen Widerständen auch Dioden (24, 26) enthält, nimmt Durch diesen zweiten Abgleich wird neben derart, daß die Diagonalspannung (wie aus Fig. 4 einer weitgehenden Kompensation des Temperaturersichtlich) innerhalb eines mittleren Temperatur- gangs des Quarzes auch eine Kompensation des Tembereichs (0 bis 50° C) einen konstanten Wert 5 peraturgangs der Kapazitätsdiode erreicht.
(4,855 V) hat. Durch die Erfindung ist somit der Vorteil gegeben,

Die bekannten Kompensitionsschaltungen weisen daß mit lediglich zwei Abgleichschritten, die unnun den Nachteil auf, daß zur Erzielung des erfor- abhängig voneinander und ohne sich gegenseitig zu derlichen temperaturabhängigen Steuerspannungs- beeinflussen durchführbar sind, sowohl die Abhängig-' Verlaufs, umfangreiche Messungen am Oszillator und "> keit der Frequenz eines Quarzes von der Temperatur mehrfaches Abgleichen der Brückenschaltung bei als auch Toleranzen der an der Kompensation beverschiedenen Betriebstemperaturen erforderlich sind. teiligten Bauelemente ausgeglichen werden. Da zur Der aufwendige Briickenabgleich resultiert in erster Kompensation des Temperaturgangs des Quarzes Linie daraus, daß es nicht genügt, nur einen Brücken- außerdem nur Gleichspannungen verwendet sind, widerstand zu verändern. Bei einem Abgleich nur 15 werden Störeinwirkungen beim Abgleich, beispielseines Widerstandes würde nämlich die bei einer weise durch kapazitive Belastung und eingestreute ersten Temperatur erzielte Kompensation durch eine Wechselspannungen, weitgehend vermieden. Dazu bei einer zweiten, beispielsweise höheren oder nied- kommt noch, daß ein Abgleich gleichzeitig an mehrigeren Temperatur vorzunehmenden Kompensation reren Oszillatoren, die der gleichen Umgebungswieder zunichte gemacht. Aus diesem Grunde ist die 20 temperatur ausgesetzt werden, durchführbar ist, was Bemessung mehrerer oder aller Brückenwiderstände einen wirtschaftlichen Fertigungsablauf begünstigt, an dem durch die Messungen am Oszillator erzielten Ferner ist durch den Aufbau der Schaltungsanord-Ergebnis, das den speziellen Verlauf des Temperatur- nung gewährleistet, daß keine besonders eng tolegangs des verwendeten Quarzes darstellt, zu orien- rierten Bauteile erforderlich sind und deren Zahl, da tieren. Dies ist rechnerisch aufwendig und führt dar- 25 lediglich der Vorwiderstand der Brücke und die von über hinaus dazu, daß mehrere, eng tolerierte oder der Gleichspannungsquelle gelieferte Spannung je genau ausgesuchte Bauteile für die Brücke erforder- nach den Eigenschaften des jeweiligen Quarzes festlich sind. zulegen sind, gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung be-

Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des 3° steht darin, daß die weitere Gleichspannungsquelle Patentanspruches 1 zu schaffen, die zur Kompensa- durch einen Übertrager am Ausgang des Oszillators tion des Temperaturgangs eines Quarzes einfach ab- zur Auskopplung der Oszillatorschwingung, einen an gleichbar und unkompliziert im Aufbau ist. die Sekundärwicklung des Übertragers angeschlosse-

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer nen Gleichrichter, einen Kondensator zur Glättung Schaltungsanordnung der vorgenannten Art durch 35 der am Gleichrichter erhaltenen pulsierenden Gleichdie den kennzeichnenden Merkmalen des Patent- spannung und einen parallel zum Kondensator geanspruches 1 entsprechenden Maßnahmen gelöst. * schalteten ohmschen Spannungsteiler realisiert ist,

Durch diese Maßnahme wird die temperaturabhän- daß je nach Bemessung der Teilwiderstände des Spangige Steuerspannung für die Kapazitätsdiode aus zwei nungsteilers ein wählbarer Teil der Gleichspannung galvanisch voneinander getrennten, unabhängig von- 40 abgreifbar ist und daß das eine Ende des Spannungseinander abgleichbaren Gleichspannungen gewonnen. teilers den ersten Pol und der Mittelabgriff des Span-Die erste kann von einer beliebigen Gleichspannungs- nungsteilers den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle geliefert werden, während die zweite in der quelle darstellt.

Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung auftritt. Durch diese Maßnahmen erhält man eine besonders

Der temperaturabhängige Widerstand in der Brücken- 45 einfach realisierbare Gleichspannungsquelle. Bei der schaltung ist derart gewählt, daß die in der Ausgangs- Verwendung eines Oszillators, dessen Ausgangssignal diagonale der Brücke auftretende Spannung bei zu- durch entsprechende Schaltmaßnahmen in der Amnehmender Temperatur von negativen zu positiven plitude konstant gehalten wird, ist auch die von der Werten hin ansteigt. Der Grad des Anstiegs dieser Gleichspannungsquelle gelieferte Spannung konstant. Brückenausgangsspannung ist durch Verändern des 5» Der Spannungsteiler am Ausgang der Gleichspan-Vorwiderstandes der Brücke einstellbar. nungsquelle besteht beispielsweise aus Festwider-

Bei der Temperatur, bei der hn Temperaturgang ständen, von denen einer bei der Durchführung des des Quarzes der Wendepunkt vorliegt, beispielsweise ersten Abgleiche, je nach Frequenzablage des beim bei 26° C, ist die Brückenschaltung abgeglichen. Auf Oszillator verwendeten Schwingquarzes, in seiner die Kapazitätsdiode wirkt dann nur die von der 55 Größe festgelegt wird.

Gleichspannungsquelle gelieferte Spannung. Diese Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

Spannung wird in einem ersten Abgleich derart ein- ist die an die Bnickenschaltung über den abgleichgestellt, daß die Frequenzablage des Quarzes korn- baren Vorwiderstand angelegte Betriebsspannung pensiert wird. Zugleich werden bei diesem Abgleich durch eine Zenerdiode und einen ihr vorgeschalteten auch fertigungsbedingte Streuungen in der Sperr- ^6o ohmschen Widerstand stabilisiert.
schicht-Kapazität der Kapazitätsdiode ausgeglichen. Durch die Stabilisierung der an der Brückenschal-

Hierauf wird bei einer Temperatur im oberen Pe- tung anliegenden Betriebsspannung erreicht man, daß triebsbereich, beispielsweise bei 50 oder 60° C, die in sich Spannungsschwankungen nicht auf die Größe der Brückendiagonak liegende Spannung so abge- der in der Ausgangsdiagonale der Brücke liegenden glichen, daß eine Frequenzabweichung des Quarzes ⁶5 Spannung auswirken können. Damit wird vermieden, auch bei dieser Temperatur beseitigt wird. Hierzu daß die durch den zweiten Abgleich vorgenommene wird der Vorwiderstand der Brücke in seiner Größe .. Einstellung der Empfindlichkeit der Brückenschaltung so festgelegt, daß die in der Brückendiagonale lie- durch SpannungsschwanküWgen verändert wird. Da-

bei ergibt sich als zusätzlicher Vorteil, daß der Temperaturgang der Zenerdiode durch den zweiten Abgleich weitgehend kompensiert wird.

Ferner ist es eine Ausgestaltung der Erfindung, daß die Brückenschaltung eine Wheatstonesche Brücke ist und daß der temperaturabhängige Widerstand ein Heißleiter oder ein Kaltleiter ist. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln in der Ausgangsdiagonale der Brücke eine Spannung erhalten, deren Temperatursie weitgehend kompensiert wird. Eine noch bessere Kompensation des Temperaturgangs des Quarzes erreicht man, wenn als temperaturabhängiger Widerstand 12, wie F i g. 3 zeigt, die Serienschaltung eines Heißleiters 18, dessen Temperaturkoeffizient Tk negativ ist und eines Kaltleiter 19, dessen Temperaturkoeffizient Tk positiv ist, verwendet wird, denen jeweils ein ohmscher Widerstand 20, 21 parallel geschaltet ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei

abhängigkeit zur Kompensation des Temperaturgangs io Verwendung eines derartigen temperaturabhängigen

des Quarzes geeignet ist. Widerstandes eine Spannung in der Ausgangs-

Eine noch genauere Kompensation des Temperatur- diagonale der Brücke erzeugt werden kann, deren

gangs des Quarzes kann man nach einer Weiter- Verlauf dem in F i g. 1 gezeigten Frequenzgang eines

bildung der Erfindung dadurch erreichen, daß der Quarzes besser gerecht wird, als wenn als temperatur-

temperaturabhängige Widerstand aus der Serien- 15 abhängiger Widerstand 12 nur ein Heißleiter oder ein

schaltung eines Heißleiters und eines Kaltleiters ge- Kaltleiter, der an die Stelle des Widerstandes 11 zu

schaltung eines Heißleiters und eines Kaltleiters ge bildet ist, denen jeweils ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Figuren näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Kompensation des Temperaturgangs eines Quarzes, bei der die Gleichspannung zur Kompensation der Frequenzablage des Quarzes aus der vom Oszillator gelieferten Schwingung gewonnen wird,

F i g. 3 einen temperaturabhängigen Widerstand, der bei der Brückenschaltung, die in der in F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung enthalten ist, verwendbar ist.

setzen wäre, verwendet wird. Die Brückenschaltung ist so dimensioniert, daß sie sich bei der Temperatur, bei der im Frequenzgang des Quarzes ein Wendeao punkt vorliegt, beispielsweise bei 26° C, im Abgleich befindet. Die Spannung in der Ausgangsdiagonale der Brücke hat damit den Wert Null. An der Kapazitätsdiode 1 liegt dann als Steuerspannung U_st nur die aus der Oszillatorschwingung erzeugte Gleichspannung. Mit dieser Gleichspannung wird die Frequenzablage des Quarzes 3 kompensiert. Hierzu wird die an der Kapazitätsdiode 1 anliegende Steuerspannung Ug₁ durch die Dimensionierung der Größe des Widerstandes 9 des Spannungsteilers so eingestellt, daß der

F i g. 4 ein Diagramm, das den Verlauf der Steuer- 30 Oszillator mit seiner Sollfrequenz schwingt. Zugleich spannung der Kapazitätsdiode in Abhängigkeit von werden bei diesem ersten Abgleich Toleranzen in der der Temperatur und der Größe der für die Komperi- Sperrschichtkapazität der Kapazitätsdiode 1 ausgesation der Frequenzablage des Quarzes vorgesehenen glichen. Mit dem Vorwiderstand 13, der beim ersten Gleichspannung darstellt und Abgleich wirkungslos war, wird anschließend die

Fig. 5 ein Diagramm, das den Verlauf der Steuer- 35 Steilheit des Anstiegs der Steuerspannung U_st einspannung der Kapazitätsdiode in Abhängigkeit von gestellt. Dies erfolgt am besten bei einer Temperatur, der Temperatur und der Größe des Vorwiderstandes die knapp vor der oberen Grenze des Betriebsbereichs der Brückenschaltung darstellt. liegt, beispielsweise bei 50 oder 60° C. Bei diesem

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung zweiten Abgleich wird der Vorwiderstand 13 in seiner is: ein Oszillator O dargestellt, der einen Schwing- 4° Größe so festgelegt, daß der Oszillator O wiederum quarz 3, eine dem Schwingquarz vorgeschaltete Ka- mit seiner Sollfrequenz schwingt. Außerdem werden pazitätsdiode 1 und einen amplitudengeregelten Ver- bei diesem Abgleich der Temperaturgang der Zenerstärker4 mit Ausgangsübertrager enthält. Zur Be- spannung der Zenerdiode 16 und der Temperaturgrenzung des über die Kapazitätsdiode 1 fließenden gang der Sperrschichtkapazität der Kapazitätsdiode 1 Stromes ist ein ohmscher Widerstand2 vorgesehen. 45 mitausgeglichen. Die Fig. 4 und 5 zeigen die Vl^1--Vom Ausgangsübertrager sind lediglich die Sekundär- laufe der auf die Kapazitätsdiode 1 einwirkenden wicklungen 5, 6 dargestellt, wobei an der Sekundärwicklung 6 das Ausgangssignal U_a des Oszillators O
ausgekoppelt wird. Zur Stabilisierung der Betriebs-

spannnung U₈ ist eine Zenerdiode 16 und ein ihr vor- 50 F i g. 4 zu entnehmen ist, bewirkt ein Verändern des geschalteter ohmscher Widerstand 17 vorgesehen. An Widerstandes 9 beim ersten Abgleich eine Parallel der Sekundärwicklung 5 wird durch die Diode 7 und
den Kondensator 8 eine von der Betriebsspannung Uβ galvanisch getrennte Gleichspannung für die

Kapazitätsdiode 1 erzeugt. Zur Einstellung dieser 55 die Wirkung des Vorwiderstandes 13. Durch VerGleichspannung dient ein aus den Widerständen 9, ändern der Größe des Vorwiderstandes 13 wird dif 10 gebildeter Spannungsteiler. In Reihe zu dieser Steuerspannung U₅, beim zweiten Abgleich in ihrei Gleichspannung liegt eine zweite Spannung, die in Steilheit eingestellt, was einer Drehung des Steuerder Ausgangsdiagonale der aus den Widerständen 11, spannu igsveriaufs um einen festen Punkt entspricht 12, 14, 15 gebildeten Brücke, die einen Vorwider- 60 Dieser teste Punkt liegt bei der Temperatur von 26° C stand 13 aufweist, gewonnen wird. Der Widerstand vor, bei der im Tetnperaturgang des Quarzes 3 eir 12 ist ein temperaturabhängiger Widerstand, im ein- Wendepunkt auftritt. Die beiden Abgleiche werder fachsten Fall ein Heißleiter. Aus diesem Grunde unabhängig voneinander vorgenommen und bewirker nimmt die in der Ausgangsdiagonale der Brücken- neben einer Kompensation des Frequenzgangs de: schaltung gewonnene Spannung bei ansteigender 65 Quarzes auch einen Ausgleich von Toleranzen dei Temperatur von negativen zu positiven Werten hin übrigen in der Schaltungsanordnung verwendet« zu, so daß der Temperaturgang des Quarzes durch Bauelemente.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Steuerspannung Ug, Iu Abhängigkeit von der Größe des Widerstandes 9 des Spannungsteilers und des Vorwiderstandes 13 der Brückenschaltung. Wie

verschiebung des Verlaufs der Steuerspannung U_SI. Durch den Pfeil 22 ist dabei die Richtung des Anwachsens des Widerstandes 9 angedeutet Fi g. 5 zeigi

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Kompensation des schaltet ist (Fig. 3).

Temperaturgangs eines in einem Oszillator ent- s

haltenen Quarzes, bei der in Reihe zum Quarz

eine Kapazitätsdiode geschaltet ist, an deren
Elektroden eine temperaturabhängige, den Temperaturgang des Quarzes kompensierende Steuer- .
ipannunglngelegt ist, bei deren Erzeugung eine io Die Erfindung betrifft eine ^g
von d« Beiriebsspannung des Oszillators ge- gemäß dem Oberbegriff des P^ntanspructes L
speiste Brückenschaltung verwendet ist, welche ⁶ Bei Oszillatoren, die einen Schwingquarz im AlauTohmschen Widerständen aufgebaut ist, von Schnitt als frequenzbestimmendes Hemeat «flutten, denen wenigstens einer ein temperaturabhängiger ist im Temperaturbereich von 10 bis öU uaaeTO-Widerstand ist, dadurch gekennzeich-15 quenzkonstanz Af/f von einigen 10 « erreichbar, net, daß an die Brückenschaltung die Betriebs- Frequenzgänge, wie sie bei derartigen Quarzen autspannung (U_B) des Oszillators über einen ab- treten können, sind in Fig. 1 m einem ^8«°™ gleichbaren Vorwiderstand (13) angelegt ist, daß dargestellt. Dabei sind ia diesem Diagramm an der die ohmschen Widerstände (11, 12, 14, 15) der Abszisse die Temperatur in ⁰C und an der Ordinate Brückenschaltung derart bemessen sind, daß die *o die Frequenzkonstanz AjJf in 10 eingetragen, jjie Brücke bei der Temperatur, bei der im Tempe- Frequenzgänge haben den Verlauf von «^is
raturgang des Quarzes (3) ein Wendepunkt vor- Parabeln, deren Wendepunkt bei 26 C üegt.
liegt, abgeglichen ist, daß eine weitere Gleich- Steigung im Wendepunkt und die Lange des nahezu Spannungsquelle (S, 7, 8, 9, 10) vorgesehen ist, linearen Veiiaufs im Bereich des Wendepunkts wird die eine von der Betriebsspannung (I7_B) galvanisch ₃₅ durch den Schnittwinkel des Quarzes bestimmt der entkoppelte, einstellbare Spannung liefert, und in einer modernen Fertigung auf etwa + eine windaß ein erster Pol der weiteren Gleichspannungs- fcelminute eingehalten werden kann. Der Kereicn, m quelle mit dem einen Ende der Ausgangsdiagonale dem die Frtquenz-Temperatur-Kurven dann nocn der Brückenschaltung verbunden ist und der streuen, ist durch die Kurven α und b begrenzt. Hinzweite Pol der weiteren Gleichspannungsquelle 30 zu kommt noch eine Parallelverschiebung der dar- und das andere Ende der Ausgangsdiagonale je gestellten Kurven in Richtung der Ordinate der enüan eine der Elektroden der Kapazitätsdiode (1) liehen Genauigkeit beim Schleifen des ^"arzes· In angeschaltet sind, derart, daß die Kapazitätsdiode der Trägerfrequenztechnik werden jedoch nauhg (1) durch die von der weiteren Gleichspannungs- Oszillatoren mit einer Frequenzkonstanz von 1 · IU
quelle (5, 7, 8, 9, 10) gelieferte Spannung in 35 oder weniger benötigt, was jedoch ohne besondere Sperrichtung vorgespannt ist Maßnahmen gegen Temperatureinflüsse nicht erreicht

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- werden kann. In diesen Fällen ist die Anwendung durch gekennzeichnet, daß die weitere Gleich- einer Schaltung zur Kompensation des Temperaturspannungsquelle durch einen Übertrager am gangs des Quarzes vorteilhaft, die sich gegenüber Ausgang des Oszillators zur Auskopplung der 40 einem Thermostaten durch geringeren Raum- und Oszillatorschwingung, einen an die Sekundär- Leistungsbedarf auszeichnet.

wicklung (5) des Übertragers angeschlossenen Verwendet man bei einer derartigen Kompensa-

Gleichrichter (7), einen Kondensator (8) zur Glät- tionsschaltung eine zum Schwingquarz m Serie getung der am Gleichrichter (7) erhaltenen pul- schaltete Kapazitätsdiode, so ist die Resonanzfrequenz sierenden Gleichspannung und einen parallel zum 45 des Quarzes über die spannungsabhängige Sperr-Kondensator (8) geschalteten ohmschen Span- schichtkapazität der Diode steuerbar. Die Aufgabe, nungsteiler realisiert ist, daß je nach Bemessung den Temperaturgang des Quarzes zu kompensieren, der Teilwiderstände (9, 10) des Spannungsteilers ist dann darauf zurückgeführt, eine geeignete tempeein wählbarer Teil der Gleichspannung abgreif- raturabhängige Steuerspannung für die Kapazitatsbar ist und daß das eine Ende des Spannungs- 50 diode zu erzeugen.

tellers den ersten Pol und der Mittelabgriff des Eine Schaltungsanordnung der vorgenannten Art,

Spannungsteilers den zweiten Pol der Gleich- bei der die Steuerspannung für die Kapazitätsdiode spannungsqueUe darstellt. durch eine aus ohmschen Widerständen aufgebaute

3. Schaltungsanordnung nach einem der An- Brückenschaltung erzeugt wird, ist z. B. durch die sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 55 DT-AS 12 93 876 (Fig. 6) bekannt. Die Brückendie an die Brückenschaltung über den abgleich- schaltung ist hierbei durch die Betriebsspannung des baren Vorwiderstand (13) angelegte Betriebs- Oszillators gespeist, und die Diagonalspannung der spannung durch eine Zenerdiode (16) und einen Brücke dient unmittelbar als Steuerspannung für die ihr vorgeschalteten ohmschen Widerstand (17) Kapazitätsdiode. Von den Brückenzweigen ist minstabilisiert ist. ^6o destens einer als temperaturabhängiger Widerstand

4. Schaltungsanordnung nach einem der vor- ausgebildet, und insgesamt ist die Brücke derart behergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, messen, daß innerhalb des Betriebstemperaturbereichs daß die Brückenschaltung eine Wheatstonesche des Oszillators in der Diagonalspannung eine für die Brücke ist und daß der temperaturabhängige Wi- Steuerung der Kapazitätsdiode geeignete Sperrspanderstand (12) ein Heißleiter oder ein Kaltleiter ist. 65 nung zur Verfügung steht.

5. Schaltungsanordnung nach einem der An- Weiterhin zeigt die US-PS 30 54 966 eme ähnliche sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsanordnung (Fig. 1), bei der die eine Hälfte temperaturabhängige Widerstand (12) aus der der Brücke aus einem Netzwerk aufgebaut ist, wel-