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DE3002590A1 - Oszillatorschaltung - Google Patents

Oszillatorschaltung

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Publication number
DE3002590A1
DE3002590A1 DE19803002590 DE3002590A DE3002590A1 DE 3002590 A1 DE3002590 A1 DE 3002590A1 DE 19803002590 DE19803002590 DE 19803002590 DE 3002590 A DE3002590 A DE 3002590A DE 3002590 A1 DE3002590 A1 DE 3002590A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reactance
circuit
resonance
oscillator
parallel
Prior art date
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Granted
Application number
DE19803002590
Other languages
English (en)
Other versions
DE3002590C2 (de
Inventor
John Robert Burgoon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Co filed Critical Hewlett Packard Co
Publication of DE3002590A1 publication Critical patent/DE3002590A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3002590C2 publication Critical patent/DE3002590C2/de
Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/0002Types of oscillators
    • H03B2200/0012Pierce oscillator

Landscapes

  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

Int. Az.: Case 1341 - ty ' 23. Januar 1980
Hewlett-Packard Company
OSZILLATORSCHALTUNG
Typische Oszillatoren mit einer Resonatorschaltung schwingen nicht nur bei der Frequenz, für die sie gebaut sind, sondern auch bei gewissen Harmonischen und Subharmonischen dieser Frequenz und anderen Störfrequenzen. Zur Trennung der gewünschten Frequenz von den anderen wurden bisher verschiedene Methoden zur Schwingungsart-Unterdrückung benutzt, z.B. Resonanzsperren zur Unterdrückung aller ungewollten Frequenzen, Tiefpaß-Sperren für Frequenzen unterhalb der gewünschten Frequenz oder hinter dem Oszillator angeordnete Filter.
Alle diese Methoden bieten jedoch nur eine begrenzte und unvollständige Lösung des Problems. Die Resonanzsperre erfordert z.B., daß alle ungewollten Schwingungsarten identifiziert werden und daß zu Unterdrückung jeder dieser Schwingungsarten ein gesondertes Filter in die Schaltung eingebaut werden muß. Das führt zu einer Hinzufügung einer großen Anzahl zusätzlicher Teile, die schnell die ohmschen Verluste in der Schaltung erhöhen.
Eine Tiefpaß-Sperre benötigt zwar weniger zusätzliche Teile als eine Resonanzsperre, beseitigt jedoch nur die ungewollten Schwingungsarten unterhalb der gewünschten. Höherfrequente Schwingungsarten werden nicht unterdrückt. Ein Beispiel dieser Art ist beschrieben in "Crystal Oscillator Design and Temperture Compensation" von Marvin E. Frerking, 1978, Seiten 59 und 70.
Auch dem Oszillator nachgeschaltete Filter bieten in vielen Fällen keine befriedigende Lösung, wenn sie auch oft zufrieden-
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Int. Az.: Case 1341 - 5 -
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stellend arbeiten. Diese Lösung ist dann nicht mehr brauchbar, wenn die Schwingung der gewünschten Frequenz schwach ist und durch eine oder mehrere stärkere ungewollte Schwingungsarten überdeckt wird. Nachdem Murphy'schen Gesetz ist es aber wahrscheinlicher, daß die interessierende Schwingungsart die schwache Schwingungsart ist.
Ausgehend von dem vorstehenden Stand der Technik liegt der Erfindung gemäß Anspruch 1 die Aufgabe zugrunde,, eine Oszillatorschaltung zu schaffen, die alle unerwünschten Frequenzen zuverlässig unterdrückt, ohne daß eine große Anzahl von Bauelementen erforderlich ist und ohne daß erhebliche ohmsche Verluste auftreten.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Signal im Rückkopplungspfad des Oszillators nur für ein die gewünschte Frequenz einschließendes schmales Frequenzband eine Phasenverschiebung von 180° hat. Dadurch können sowohl die oberhalb als auch die unterhalb der gewünschten Frequenz liegenden Schwingungsarten beliebiger Anzahl erfolgreich unterdrückt werden.
Die erfindungsgemäße Schaltung enthält einen invertierenden Verstärker und einen Rückkopplungspfad zwischen dem Ausgang und dem Eingang dieses Verstärkers. Der Rückkopplungspfad enthält ein in Reihe geschaltetes Reaktanzelement in Form eines Kristallresonators, sowie ein Paar von parallel geschalteten Reaktanzelementen, deren eine Enden mit den beiden Enden des Kristall-' resonators verbunden und deren andere Enden zusammgenschaltet sind.
Es gibt zwei grundsätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine mit einem zweiarmigen Bandpass und einer mit einem einarmigen Bandpass . Bei der Ausführungsform mit dem
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Int. Az.: Case 1341 - 6 -.""'"■
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zweiarmigen Bandpass enthält eines der parallel geschalteten Reaktanzelemente einen Parallel schwingkreis, während das andere einen Serienschwingkreis enthält. Beide Schwingkreise haben eine Resonanzfrequenz, bei der das Vorzeichen der Reaktanz des Schwingkreises zwischen positiv und negativ wechselt. Durch passende Auswahl der Werte der Kapazitäten und Induktivitäten in jedem Schwingkreis können die beiden Resonanzfrequenzen so gemacht werden, daß ein Frequenzband definiert wird, innerhalb dessen der Rückkopplungspfad eine Phasenverschiebung von 180° vorgibt.
Bei der Konfiguration mit einarmigem Bandpass enthält eines der parallel geschalteten Reaktanzelemente einen nicht-resonanten Blindwiderstand, während das andere einen Schwingkreis mit sowohl einem Serien- als auch einem Parallelpfad enthält. Bei dieser Konfiguration definieren die Serienresonanzfrequenz und die Parallel resonanzfrequenz des letzteren ReaktanzeTementes das Frequenzband, zwischen denen eine Schwingung möglich ist.
Alle vorstehenden Konfigurationen eignen sich gleicherweise für einen Colpitts-, einen Pierce- oder einen Hartley-Oszillator.
In allen diesen grundsätzlichen Oszillatorkonfigurationen ist eine Phasenverschiebung des Rückkopplungssignals von 180° nur möglich, wenn das Vorzeichen des in Reihe geschalteten Reaktanzelementes verschieden von dem beider parallel geschal teter Reaktanzelemente ist. Um dies innerhalb des gewünschten Frequenzbandes zu erreichen, muß das Vorzeichen der effektiven Reaktanz der parallel geschalteten Reaktanzelemente innerhalb dieses Bereichs angepaßt sein. Auch dies läßt sich wieder durch passende Auswahl der Werte der Kapazitäten und Induktivitäten erreichen, die in den Schwingkreisen der parallel geschalteten Reaktanzelemente benutzt werden.
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Int. Az.: Case 1341 - 7 -
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Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
Figur 1 ein schematisches Schaltbild einer Oszillatorschaltung der vorliegenden Erfindung, die nur innerhalb eines ausgewählten Frequenzbereiches schwingt;
Figuren 2a, b und c schematische Schaltbilder der Schaltung nach Figur 1, die in Colpitts- oder Pierce-Anordnung bei
Frequenzen unterhalb, zwischen bzw. oberhalb zweier vorgegebener Frequenzen arbeitet, welche das Frequenzband definieren, in dem die Schaltung schwingen soll;
Figuren 3a bis e schematische Schaltbilder von weiteren Parallel armpaaren, die an die Stelle des in Figur 1 dar
gestellten Paares gesetzt werden können;
Figuren 4a und b schematische Schaltbilder der bekannten Colpitts- bzw. Hartley-Grundschaltungen;
Figuren 5a, b schematische Schaltbilder von Oszillatoren, die in der Colpitts- bzw. Hartley-Konfiguration ein in Reihe
geschaltetes Resonatorelement aufweisen;
Figur 6a ein schematisches Ersatzschaltbild eines Kristall resonators und
Figur 6b eine Darstellung des Reaktanzverlaufs eines Kristall-
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Int. Az.: Case 1341 - 8 -
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resonators über der Frequenz.
Die in Figuren 4a und 4b dargestellten bekannten OsziIlatorschaltungen enthalten jeweils einen invertierenden Verstärker 10, ein in Serie geschaltetes Reaktanzelement 12 und zwei parallel geschaltete Reaktanzelemente 14 und 16. Die Reaktanzelemente 14 und 16 sind mit jeweils einem ihrer Enden mit den entgegengesetzten Enden des Reaktanzelementes 12 verbunden. Die jeweils anderen Enden der Reaktanzelemente 14 und 16 sind mit einer gemeinsamen Rückleitung verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen dem in Reihe geschalteten Reaktanzelement 12 und dem parallel geschalteten Reaktanzelement ist mit der Eingangsklemme des invertierenden Verstärkers 10 verbunden. Außerdem ist die Ausgangsklemme des Verstärkers 10 mit der Verbindungsstelle zwischen dem Reaktanzelement 12 und dem Reaktanzelement 14 verbunden. Die Schaltung gemäß Figur 4a enthält eine Induktivität als Reaktanzelement 12 und Kapazitäten als Reaktanzelemente 14 und 16. Es handelt sich also um einen Oszillator vom Colpitts-Typ. Figur 4b zeigt eine dazu komplementäre Schaltung, in der das in Reihe geschaltete Reaktanzelement 12 eine Kapazität ist, während die parallel geschalteten Reaktanzelemente 14 und 16 Induktivitäten sind. Es handelt sich hier also um einen Oszillator vom Hartley-Typ.
Figuren 5a und 5b zeigen Oszillatorschaltungen, die den Colpitts- und Hartley-Schaltungen in Figuren 4a und 4b ähneln. In beiden Schaltungen ist jedoch gegenüber Figuren 4a und 4b das in Reihe geschaltete Reaktanzelement 12 durch ein Resonatorelement, z.B.
einen Kristall resonator ersetzt. Ein Kristall resonator hat den Vorteil, sowohl eine kapazitive als auch eine induktive Reaktanzcharakteristik zu haben, abhängig von dem Abstimmeffekt der parallel geschalteten Reaktanzelemente 14 bzw. 16. Der Vorteil der Benutzung eines Kristal!resonators gegenüber den einfachen in Reihe geschalteten Reaktanzelementen gemäß Figuren 4a und 4b besteht darin, daß ein Kristall resonator typischerweise eine sehr hohe Güte Q bzw. Phasen/Frequenzänderung-Beziehung hat, was zu einer viel stabileren Ausgangsfrequenz führt.
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Int. Az.: Case 1341 - 9 -
Figur 6a zeigt ein Ersatzschaltbild eines Kristall resonators mit sowohl einem Serien- als auch einem Parallelresonanzweg. Diese Kombination von Resonanzen erlaubt es, daß der Kristanresonator sowohl als induktive als auch als kapazitive Reaktanz in einer Oszillatorschaltung benutzt werden kann. Der Verlauf der Reaktanz in Abhängigkeit von der Frequenz dieses Ersatzschaltbildes eines Kristal!resonators ist in Figur 6b dargestellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß ein Kristall resonator als induktives Element an einem Punkt zwischen der Serienresonanzfrequenz ω und der Parallelresonanzfrequeno auf dem positiven Teil der Kurve arbeitet, wenn er als in Reihe geschaltetes Reaktanzelement 12 in einem Colpitts-Oszillator (Figur 5a) benutzt wird. Die genaue Lage des Arbeitspunktes A zwischen tj und ω hängt von der äquivalenten Kapazität der restlichen Oszillatorschaltung ab.
Wenn der Kristal!resonator anstelle des in Reihe geschalteten Reaktanzelementes eines Hartley-Oszillators (Figur 5b) benutzt wird, wirkt er als Kapazität, und es ergibt sich ein Arbeitspunkt B im negativen Teil der Reaktanzkurve. Dort ist nämlich · die Reaktanz des Kristall resonators kapazitiv.
In Figur 1 ist eine erste AusfUhrungsform der Erfindung dargestellt. Die dort wiedergegebene Oszillatorschaltung ist ähnlich derjenigen in Figuren 4a und 4b. Das in Reihe geschaltete Reaktanzelement 12 ist hier als Resonator, typischerweise als Kristal!resonator dargestellt, während die parallel geschalteten Reaktanzelemente 14 und 16 als Parallel- bzw. Serienschwingkreis dargestellt sind. Es handelt sich hier um eine Anordnung mit zweiarmiger Bandsperre. Das Reaktanzelement 14 besteht aus einer Induktivität 28, die mit einer Kapazität 30 parallel geschaltet ist, und das Reaktanzelement 16 besteht aus einer Induktivität 32, die mit einer Kapazität 34 in Reihe ge-
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Int. Az.: Case 1341 - 10 -
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schaltet ist. Eine veränderliche Kapazität 68 ist mit dem Resonator 12 in Reihe geschaltet, wodurch ein kleiner Feinabstimmungsbereich für die Oszillatorfrequenz (Arbeitspünkt A in Figur 6b) zur Verfügung gestellt wird.
Wie in jedem Oszillator ist es zur Aufrechterhaltung der Schwingung notwendig, daß der Rückkopplungskreis für eine Phasenverschiebung von 180° sorgt. Diese Phasenverschiebung von 180° kann nur dann erreicht werden, wenn das in Reihe geschaltete Reaktanzelement 12einen Blindwiderstand hat, dessen Vorzeichen sich von dem der beiden parallel geschalteten Reaktanzelemente 14 und 16 unterscheidet d.h., die beiden Reaktanzelemente 14 und 16 müssen einen negativen (kapazitiven) Blindwiderstand haben, wenn das Reaktanzelement 12 einen positiven (induktiven) Blindwiderstand hat, damit die Schaltung schwingt.
Um dies in der Schaltung gemäß Figur 1 zu erreichen, ist es erforderlich, die Werte der Induktivitäten 28 und 32 und der Kapazitäten 30 und 34 so auszuwählen, daß diese Bedingung in einem vorgegebenen Frequenzband erfüllt ist. Da ein Kristallresonator als Reaktanzelement 12 benutzt wird, muß dieses Frequenzband eine der beiden Eigenfrequenzen dieses Resonators enthalten.
Soll die Schaltung als Colpitts- oder Pierce-Konfiguration arbeiten, muß der Resonator 12 induktiv erscheinen, wenn sowohl das Reaktanzelement 14 als auch das Reaktanzelement 16 kapazitiv sind. Damit die Schaltung gemäß Figur 1 nur innerhalb eines ausgewählten Frequenzbandes schwingt, ist es notwendig, die Werte der einzelnen Schaltelemente der Reaktanzelemente 14 und 16 so auszuwählen, daß ihre Resonanzfrequenzen oberhalb und unterhalb des Frequenzbandes für die gewünschte Schwingung liegen. Zusätzlich ist es notwendig, daß die Reaktanzelemente 14 und 16 zwischen diesen Frequenzen eine negative bzw. kapazitive Reaktanz haben. Ein Parallel Schwingkreis,
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wie er in Figur 1 als Reaktanzelement 14 dargestellt ist, hat unterhalb seiner Resonanzfrequenz f. eine induktive Reaktanz und oberhalb von f. eine kapazitive Reaktanz. Entsprechend hat der als Reaktanzelement 16 verwendete Serienschwingkreis unterhalb seiner Resonanzfrequenz f2 eine kapazitive Reaktanz und oberhalb dieser Frequenz eine induktive Reaktanz. Dementsprechend muß f, kleiner als fp sein, so daß zwischen diesen Frequenzen beide Reaktanzelemente 14 und.16 eine negative bzw. kapazitive Reaktanz haben, damit der gewünschte Bandpaßeffekt auftritt. In diesem Fall hat der Oszillator die nötige Phasenverschiebung von 180° im Rückkopplungszweig nur zwischen den Frequenzen f. und fp. Soll stattdessen der Oszillator in Hartley-Konfiguration arbeiten, müßten die Werte der Induktivitäten 28 und 32 und der Kapazitäten 30 und 34 so gewählt werden, daß die Reaktanzelemente 14 und 16 innerhalb des gewünschten Frequenzbandes beide induktiv erscheinen. Um dies zu erreichen, müßte f. größer als f„ sein.
In Figuren 2a, 2b und 2c ist die Schaltung gemäß Figur 1 beim Betrieb in Col pitts-Konfigurati on dargestellt. In der Schaltung gemäß Figur 2a ist die effektive Reaktanz der parallel geschalteten Reaktanzelemente 14 und 16 unterhalb der unteren Grenzfrequenz f. des Frequenzbandes dargestellt. Das Reaktanzelement 14 hat hier einen induktiven Blindwiderstand, während das Reaktanzelement 16 einen kapazitiven Blindwiderstand hat. Es tritt daher keine Schwingung auf, da in dieser Konfiguration im Rückkopplungspfad keine Phasenverschiebung von 180° auftritt. Figur 2 zeigt die effektiven Blindwiderstände der Reaktanzelemente 14 und 16 zwischen den Frequenzen f. und fp. Hier haben beide Reaktanzelemente 14 und 16 einen kapazitiven Blindwiderstand, und daher ist die für eine Schwingung nötige Phasenverschiebung von 180° im Rückköpplungspfad vorhanden. In Figur 2c sind schließlich die Reaktanzelemente 14 und 16 beim Betrieb oberhalb der
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oberen Grenzfrequenz f? dargestellt. Hier haben sie wieder entgegengesetzte Reaktanzen, und dementsprechend tritt keine Schwingung auf.
Figuren 3a bis 3e stellen eine Auswahl verschiedener Kombinationen von parallel geschalteten Reaktanzelementen dar, die anstelle der Reaktanzelemente 14 und 16 verwendet werden können. Figur 3a zeigt die Paarung, die im Zusammenhang mit Figur 1 bereits erläutert wurde, wo sich gezeigt hat, daß sie sich sowohl für die Hartley- als auch für die Colpitts-Konfiguration eignet. Es sei angemerkt, daß in Figur 3a auch statt des Parallelschwingkreises ein Serienschwingkreis und statt des Serienschwingkreises ein Parallel Schwingkreis verwendet werden könnte, ohne daß die gewünschten Betriebseigenschaften verlorengingen.
Die Paare von Reaktanzelementen in Figuren 3b bis 3e sind vom einarmigen Bandpaßtyp. Sie werden so bezeichnet, weil in ihnen der gesamten Bandpaßeffekt in nur einem der parallel geschal teten Reaktanzelemente des Oszillators erzeugt wird. Die in Figuren 3b und 3c gezeigten Paarungen eignen sich für die Colpitts-Konfiguration, während die in Figuren 3d und 3e gezeigten Paarungen für die Hartley-Konfiguration geeignet sind. Ähnlichkeiten gibt es zwischen Figuren 3b und 3d, wo der Bandpaß-Schwingkreis sowohl eine Serien- als auch eine Parallel resonanz aufweist. Zwischen Figuren 3c und 3e besteht insofern Ähnlichkeit, daß dort ein Parallelschwingkreis in Reihe mit einer Kapazität bzw. einer Induktivität geschaltet ist.
Wenn in der Schaltung gemäß Figur 1 die Paarung gemäß Figur 3b. für die Reaktanzelemente 14 bzw. 16 oder in umgekehrter Reihenfolge benutzt wird, hat ein Serien/Parallel-Schwingkreis eines Parallelzweiges 64 eine induktive Charakteristik bei den hohen und niedrigen Frequenzen und eine kapazitive Charakteristik im gewünschten Frequenzband. Für ω-+«> erscheint die Reaktanz
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der Kapazität 38 als Kurzschluß, so daß der Parallel zweig effektiv auf die Induktivität 36 parallel zur Induktivität reduziert ist und daher eine induktive Charakteristik hat. Für ω —♦ 0 erscheint die Reaktanz der Kapazität 38 als Leitungsunterbrechung, so daß der Parallelzweig 64 effektiv auf die Induktivität 40 allein reduziert ist. Um zu verstehen, warum die Schaltung im Mittel band eine kapazitive Reaktanz hat, sei zunächst nur der Serienschwingkreis aus Induktivität 36 und Kapazität 38 betrachtet. Dieser Serienschwingkreis hat bei Frequenzen unterhalb der Serienresonanz ω eine kapazitive Reaktanz. Oberhalb dieser Resonanzfrequenz ist die Reaktanz induktiv. Bei seiner Resonanzfrequenz oj ist seine Impedanz Null, d.h. er wirkt effektiv als Kurzschluß. Sehr nahe bei Co und etwas unterhalb davon hat dieser Serienschwingkreis eine kapazitive Reaktanz die nahe bei Null liegt, d.h. er hat eine große kapazitive Komponente. Mit anderen Worten, der Serienschwingkreis verhält sich bei niedrigen Frequenzen im wesentlichen wie die Kapazität 38, und seine kapazitive Reaktanz nähert sich Null für co—»ω . Denkt man sich nun die Wirkung der zum Serienschwingkreis parallelen Induktivität hinzu, so erkennt man, daß bei sehr kleiner äquivalenten kapazitiven Reaktanz des Serienschwingkreises diese die induktive Reaktanz der Induktivität 40 kurzschließt und der Parallelzweig 64 insgesamt eine kapazitive Reaktanz hat und somit als Kapazität erscheint.
Die in Figur 3d dargestellte Paarung von parallel geschalteten Reaktanzelementen für einen Hartley-Oszillator arbeitet sehr ähnlich wie die Paarung gemäß Figur 3b für einen Colpitts-Oszillator. Der Serien/Parallel-Schwingkreis 66 in Figur 3d hat bei niedrigen und hohen Frequenzen eine kapazitive Reaktanz und innerhalb des gewünschten Frequenzbandes eine induktive Reaktanz, so daß auch hier der Bandpaßeffekt auftritt, der im Zusammenhang mit dem Parallelzweig 64 in Figur 3b erkennbar war.
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Der Serien/Parallel-Schwingkreis 66 arbeitet sehr ähnlich wie der Serien/Parallel-Schwingkreis 64 in Figur 3b.
Die Parallel zwei ge 70 und 72 in Figuren 3c bzw. 3e arbeiten in gleicher Weise wie die Parallel zwei ge 64 und 66 in Figuren 3b bzw. 3d. Bei passender Auswahl der Induktivitäts- und Kapazitätswerte für den Parallelzweig 70 in Figur 3c läßt sich leicht erkennen, daß diese Schaltung bei niedrigen und hohen Frequenzen eine induktive Reaktanz und in einem Zwischenbereich eine kapazitive Reaktanz hat. Bei niedrigen Frequenzen ist die Reaktanz der Induktivität 48 sehr klein und nähert sich Null, so daß die Kapazität 44 effektiv kurzgeschlossen wird und der Parallelzweig 70 im wesentlichen aus den Induktivitäten 46 und 48 besteht. Bei hohen Frequenzen nähert sich die Reaktanz der Kapazität 44 Null, so daß die Induktivität 48 praktisch kurzgeschlossen wird. Der Parallelzweig 70 erscheint dadurch effektiv lediglich als Induktivität 46. Im Mittel bereich, gerade oberhalb der Resonanzfrequenz von Kapazität 44 und Induktivität 48 hat der Parallel schwingkreis eine hohe negative Reaktanz, während die Induktivität 46 eine mäßig positive Reaktanz hat.
Wiederum läßt sich durch passende Auswahl der Schaltelemente die Summe der Reaktanzen so einstellen, daß sie innerhalb des gewünschten Frequenzbandes negativ bleibt und somit bei einer Colpitts-Konfiguration eine Schwingung innerhalb dieses Bandes ermöglicht.
Der in Figur 3e dargestellte Parallelzweig 72 für die Hartley-Konfiguration arbeitet ähnlich dem Parallelzweig 70 in Figur 3c, jedoch mit genau umgekehrter Wirkung, d.h. bei hohen und niedrigen Frequenzen hat der Parallelzweig 72 einen kapazitiven Blindwiderstand, während er im Zwischenbereich den gewünschten induktiven Blindwiderstand hat, wenn die Werte der Kapazitäten 52 und 56 und der Induktivität 54 passend ausgewählt sind.
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Claims (14)

  1. Int. Az.: Case 1341
    Hewlett-Packard Company 23. Januar 1980
    PATENTANSPRÜCHE
    Oszillatorschaltung mit Unterdrückung von Nebenfrequenzen ^" außerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes, mit einem invertierenden Verstärker und einer einen Kristall resonator enthaltenden Rückkopplungseinrichtungs die zwischen den Eingang und den Ausgang des invertierenden Verstärkers geschaltet ist, dadurch gekennzei chnet, daß die Rückkopplungseinrichtung in Parallelschaltung ein erstes (14) und ein zweites (16) Reaktanzelement aufweist, von denen das eine mit einem Ende mit dem Eingang des invetierenden Verstärkers (10), das andere mit einem Ende mit dem Ausgang des invertierenden Verstärkers, und die anderen Enden der beiden Reaktanzelemente miteinander verbunden sind, und daß mindestens eines der beiden Reaktanzelemente einen Schwingkreis aufweist, dessen Blindwiderstand dasselbe Vorzeichen wie der Blindwiderstand des jeweils anderen Reaktanzelementes und ■ das entgegengesetzte Vorzeichen wie der Blindwiderstand des Kristal!resonators (12) innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes aufweist.
  2. 2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eines der beiden Reaktanzelemente (14,
    16) einen Parallelschwingkreis (28, 30) und das andere Reaktanzelement' einen Seriensehwingkreis (32S 34) aufweist.
  3. 3. DsziIlatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallel schwingkreis (28, 30) eine Resonanzfrequenz f., oberhalb von f. einen negativen Blindwiderstand und unterhalb von f. einen positiven Blindwiderstand hat und daß der Seriensehwingkreis (32, 34) eine Resonanzfrequenz f?, oberhalb von f? einen positiven Blindwiderstand und unterhalb von f~ einen negativen Blindwiderstand
    Int. Az.: Case 1341 - 2 -
    Hewlett-Packard Company
    hat, wobei die Resonanzfrequenzen f, und f~ das vorgegebene Frequenzband definieren.
  4. 4. Oszillatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß f, kleiner als fp ist, so daß der
    Kristall resonator (12) zwischen f, und fp einen positiven Blindwiderstand annimmt und der Oszillator zwischen f. und fp in Colpitts- oder Pierce-Konfiguration arbeitet.
  5. 5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß f2 kleiner als f. ist, so daß der
    Kristallresonator (12) zwischen f? und f. einen negativen Blindwiderstand hat und der Oszillator zwischen f^ und f, in Hartley-Konfiguration arbeitet.
  6. 6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Reaktanzelemente (14,
    16) einen Schwingkreis mit einer Serienresonanz und einer
    Parallel resonanz aufweist, daß das andere der beiden Reaktanzelemente eine erste resonanzfreie Reaktanzschaltung aufweist und daß die Parallel resonanzfrequenz und die Serienresonanzfrequenz das Frequenzband für eine mögliche Schwingung des
    Oszillators definieren.
  7. 7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (36, 38, 40; 58, 60, 62) einen Serienschwingkreis (36, 38; 60, 62) parallel zu einem zweiten resonanzfreien Zweig (40; 58) aufweist.
  8. 8. Oszillatorschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Serienschwingkreis eine in Reihe mit einer Kapazität geschaltete Induktivität aufweist.
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    Int. Az.: Case 1341 - 3 -
    Hewlett-Packard Company
  9. 9. Oszillatorschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite resonanzfreie Reaktanzschaltung eine Induktivität (40) und die erste resonanzfreie Reaktanzschaltung eine Kapazität (42) aufweist.
  10. 10. Oszillatorschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite resonanzfreie Reaktanzschaltung eine Kapazität (58) und die erste resonanzfreie
    Reaktanzschaltung eine Induktivität (50) aufweist.
  11. 11. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Schwingkreis (44, 46, 48; 52, 54,
    56) einen Parallelschwingkreis (44, 48; 52, 54) in Reihe mit einer zweiten resonanzfreien Reaktanzschaltung (46; 56) aufweist.
  12. 12. Oszillatorschaltung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Parallelschwingkreis eine Induktivität (48; 54) parallel zu einer Kapazität (44; 52) aufweist.
  13. 13. Oszillatorschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite resonanzfreie Reaktanzschaltung eine Induktivität (46) und die erste resonanzfreie Reaktanzschaltung eine Kapazität (42) aufweist.
  14. 14. Oszillatorschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite resonanzfreie Reaktanzschaltung eine Kapazität (56) und die erste resonanzfreie Reaktanzschaltung eine Induktivität (50) aufweist.
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DE19803002590 1979-04-02 1980-01-25 Oszillatorschaltung Expired DE3002590C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US2627679A 1979-04-02 1979-04-02

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Publication Number Publication Date
DE3002590A1 true DE3002590A1 (de) 1980-10-16
DE3002590C2 DE3002590C2 (de) 1985-06-05

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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HK20386A (en) 1986-03-27
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GB2047491A (en) 1980-11-26
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