DE3108613A1

DE3108613A1 - Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE3108613A1
Application number: DE19813108613
Authority: DE
Inventors: Yoshiro Kawagoe Saitama Kunugi; Akio Tokumo
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1982-01-07
Also published as: GB2072446A; US4418323A; GB2072446B; DE3108613C2

Description

Be s c h r e ibung

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorsclialtung, die in einem spannungsgesteuerten Oszillator (TCO) einer PLL-Schaltung oder einem Trägersignal-Oszillator eines FWM-Demodulators verwendet werden kann.

1 zeigt ein Beispiel einer üblichen spannungsgesteuerten Oszillatorsclialtung. Diese Oszillatorsclialtung arbeitet wie folgt: Befindet sich ein {transistor Q 3 im gesperrten Zustand, dann wird ein Kondensator C durch einen Strom i aufgeladen, der von einer Eonstantstromquelle I über eine Diode D 2 fließt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ladespannung am Kondensator C eine Inversionsschwellenwertspannung einer Schmitt-Trigger-Schaltung bestehend aus Transistoren Q 4- bis Q 6 überschreitet, wird der Transistor Q 6 gesperrt, so daß der Widerstand zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q 7 geringer wird. Ein Transistor Q 8 bildet zusammen mit einem Transistor Q 9 einen Differenzialverstärker. Beim Absinken des Widerstandes sperrt der Transistor Q 8 und der Transistor Q 9 wird leitend, wodurch auch der Transistor Q 3 leitend wird. Auf diese Weise wird der Zustand der Schaltung invertiert, wodurch eine Stromspiegelschaltung bestehend aus den Transistoren Q 1 und Q 2 aktiviert wird, so daß der Strom i von der Konstantstromquelle I zum Transistor Q 1 fließt und die identische Strommenge i über den Transistor Q 2 von dem Kondensator G abgezogen wird. Die Entladung des Kondensators 0 hat zur Folge, daß beim Absinken der Spannung über dem Kondensator C unter eine Rückstell-Schwellenwert-Spannung der Schmitt-Trigger-Schaltung letztere zurückgesetzt wird, so daß der Transistor Q 6 lei-

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tend wird, der Widerstand zwischen dem Kollektor und dem Emitter des !Transistors Q 7 ansteigt, der {Transistor Q 8 leitend, der Transistor Q 9 gesperrt wird und der Transistor Q 3 ebenfalls sperrt. Auf diese Weise kehrt die Schaltung in ihren Anfangszustand zurück, so daß die Stromspiegelschaltung inaktiviert und der Kondensator C wiederum geladen wird.

Es wird somit eine Dreiecksspannung V. an der Klemme A entwickelt, an der die Spannung am Kondensator C abgenommen wird. Eine Rechteckspannung Vn von identischer Dauer (identischer !Frequenz), wie die Dreiecksspannung V. wird am Emitter des Transistors Q 7 erzeugt. Die Frequenz der Rechteckspannung Vg ist proportional zum Wert des Stroms i.

J/Ugur 2 zeigt üignaldarstollungen, wobei V₀₁ und V'_s2 die Umkehrschwellenspannung bzw. die Rückstellschwellenspannung der Schmitt-Trigger-Schaltung und +V_cc und -V_c0 die Versorgungsspannungen darstellen.

Die Schmitt-Trigger-Schaltung des Oszillators gemäß Figur arbeitet unter Verwendung der positiven Rückkopplung der Transistoren Q 5 und Q 6, wobei sich ihre Transistoren in ihren gesättigten Bereichen befinden. Hieraus ergeben sich folgende Nachteile: Insbesondere in dem Fall, wo ein Rechteckimpuls Vj-Kj- gemäß Figur 3A als Eingangsspannung an den Transistor angelegt wird, ergibt sich für den Kollektorstrom I eine Minoritätsträger-Sammlungszeit t gemäß c s

Figur 3B. In Figur 3 bedeuten t_ und t die Anstiegs- bzw. Abfallzeit. Infolge dieser Minoritätsträger-Sammlungszeit verzögert sich die Arbeitsweise des Transistors, so daß ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb nicht möglich ist. Aus diesem Grunde kann die Schaltung gemäß Figur 1 nicht mit einer hohen Frequenz schwingen. Mit anderen Worten bedeutet

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dies, daß die gezeigte Oszillatorschaltung nur eine begrenzte Anwendung als Hochgeschwindigkeitsoszillator hat.

Aufgabe der "vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Oszillatorschaltung derart auszubilden, bei der die in den. verschiedenen Teilen der Schaltung verwendeten Transistoren in den nicht gesättigten Bereichen betrieben werden, so daß die Minoritätsträger-Ansammlungszeit wegfällt, wodurch sich eine erheblich verbesserte Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltung ergibt.

Zusammengefaßt bringt somit die Erfindung eine Oszillatorschaltung mit einer ersten Stromspiegelschaltung zum Laden eines Kondensators mit einem konstanten Strom und einer zweite Stromspiegelschaltung zum Entladen des Kondensators mit einem konstanten Strom gleicher Größe. Eine Differentialverstärkerschaltung besitzt eine erste Eingangsklemme, an die die Spannung des Kondensators angelegt wird, sowie eine zweite Eingangsklemme, die mit einer Quelle eines Potentials verbunden ist, das abhängig von dem Betriebszustand der Differentialverstärkerschaltung sich ändert, so daß die Differentialverstärkerschaltung eine Hysterese eigenschaft besitzt. Die erste und zweite Stromspiegelschaltung zum Laden bzw. Entladen des Kondensators arbeiten differentiell abhängig von den Ausgangssignalen an der Differentialverstärkerschaltung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen

1 ein Schaltbild einer bekannten Oszillatorschaltung,

2 eine Signalform am Schwingungsausgang der Schaltung nach Figur 1,

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Fig. 3A und 3B Diagramme zur Erläuterung der Verzögerung,

wie sie durch die Minoritätsträger-Sammlungszeit verursacht wird, wobei Pig. J5A die Eingangssignalform zu dem Transistor und Fig. 3B eine Signalform des Kollektorstroms durch den Transistor darstellen,

Fig. 4 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung,

Pig. 5 eine Signalform des Schwingungsausgangssignals der Schaltung nach Pig. 4-,

Fig. 6 ein Schaltbild einer zureiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung,

Fig. 7 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung,

Fig· 8 eine Signalform des ÖchwinFjunRgausgangnölßnals dor Gchai bung genialJ l⁽'ig. 7»

Fig. 9 ein Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung,

Ji'ig. 1OA biij 10D Signal formen der !.ichwingungsauagaügs-

signale der Schaltung gemäß Fig. 9»

Fig. 11 ein Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung und

Fig. 12A bis 12C Signalformen der Schwingungsausgangssignale der Schaltung gemäß Fig. 11.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 4- bis 12C beschrieben.

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In ligur 4 stellen Transistoren Q 10 und Q 11 einen Differentialverstärker dar, wobei eine aus einem Transistor Q 12 und einer Diode D3 bestehende erste Stromspiegelschaltung und eine aus einem Transistor Q 13 und der Diode D3 bestehende zweite Stromspiegelschaltung mit dem Kollektor des Transistors Q 10 verbunden sind. Am Kollektor des anderen Transistors Q 11 der Differentialverstärkerschaltung ist eine aus einem Transistor Q 14 und einer Diode. D4 bestehende dritte Stromspiegelschaltung angeschlossen. Eine aus einer Diode D5 und einem Transistor Q 15 bestehende vierte Stromspiegelschaltung ist mit den Kollektoren der Transistoren Q 13 und Q 14 gekoppelt. Ein Widerstand R1, an dem durch den Kollektorstrom des Transistors Q 12 eine Spannung entwickelt wird, ist mit der Basis des Transistors Q 10 der Differentialverstärkerschaltung verbunden, während ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren Q 13 und Q 15 an der Basis des anderen Transistors Q 11 liegt. Ein Kondensator G1 ist zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren Q 13 und Q 15 und Masse geschaltet.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung sei angenommen, daß der Transistor Q 10 der Differentialverstärkerschaltung leitend und der andere Transistor Q 11 dieser Schaltung gesperrt ist. In diesem Zustand sind die erste die Diode D3 und den Transistor Q 12 umfassende Stromspiegelschaltung und die zweite die Diode D3 und den Transistor Q 13 umfassende Stromspiegelschaltung aktiviert und es fließt ein Strom X_x, durch die entsprechenden Kollektoren der Transistoren der ersten und zweiten Stromspiegelschaltung, der identisch ist mit dem Strom der Konstantstromquelle I_xJ. Die Transistoren Q 14 und Q 15, die der dritten bzw. vierten Stromspiegelschaltung zugeordnet sind, befinden sich im Sperrzustand. Somit liegt eine durch R1 mal X_x,

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definierte Spannung an der Basis des Transistors Q 10, die die Umkehrschwellenwertspannung darstellt. Ein Strom i^, der identisch mit dem Strom der Konstantstromquelle I^ ist, fließt somit durch den Transistor Q 13 und dann zu dem Kondensator 01, wodurch dieser geladen wird. Die Spannung über dem Kondensator 01 wird an die Basis des anderen Transistors Q 11 der Differentialverstärkerschaltung gelegt.

Wenn die Ladespannung des Kondensators 01 die Umkehrschwellenwertspannung an der Basis des Transistors Q 10 überschreitet, dann wird der Zustand der Differentialverstärkerschaltung umgekehrt, wodurch der Transistor Q 10 gesperrt und der Transistor Q 11 leitend wird. Hierdurch werden die Transistoren Q 12 und Q 13 der ersten bzw. zweiten Stromspiegelschaltung in den Sperrzustand und die Transistoren Q 14 bzw. Q 15 der dritten bzw. vierten Stromspiegelschaltung in den leitenden Zustand geschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom i^ der Konstantstromquelle I. durch den Transistor Q 14 und somit fließt auch der Strom i^ durch den Transistor Q 15. Dies bedeutet, daß der Strom I^ als ein Entladestrom vom Kondensator 01 in den Transistor Q 15 fließt. Wenn der Transistor Q 12 sich in dem Sperrzustand befindet, dann ist die Basisspannung des Transistors Q 10 null, was die Eückstellschwellenwertspannung der Differentialverstärkerschaltung darstellt. Insbesondere besitzt somit die Differentialverstärkerschaltung eine Hystereseeigenschaft, wodurch die Umkehr- und Eücksetzschwellenwertspannungen unterschiedlich sind. Während die Entladung des Kondensators 01 fortschreitet und die Basisspannung des Transistors Q 11 unterhalb die Eückstellschwellenwertspannung fällt, schaltet der Transistor Q 11 in den nichtleitenden und der Transistor Q 10 in den leitenden Zustand. Auf diese Weise kehrt die Schaltung in den Anfangszustand zurück, in dem wiederum das Aufladen des Kondensators 01 erfolgt.

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Aus der vorangehend beschriebenen Arbeitsweise ergibt sich, daß eine Dreiecksausgangsspannung V^ an der nichtgeerdeten Klemme A des Kondensators C1 auftritt, während eine Bechteckausgangsspannung Vg an der nichtgeerdeten Klemme des Widerstandes R1 erscheint. Die Spitze-zu-Spitze-Werte beider Ausgangsspannungen sind gleich, wie dies in den Figuren 5A und 5B veranschaulicht ist.

Figur 6 zeigt ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung. Das Anlegen des Basispotentials des Transistors Q 10,der Teil der Differentialverstärkerschaltung ist, erfolgt über dessen im Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände R2 und R5 geteilten Kollektorpotential. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich die Hystereseeigenschaft für die Differentialverstärkerschaltung dadurch, daß das Basispotential des Transistors Q 10 während des leitenden bzw. gesperrten .Zu-Standes des Transistors Q 10 unterschiedlich ist. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist sonst gleich derjenigen der Schaltung gemäß Figur 4·.

Wenn der Verstärkungsfaktor der Differentialverstärkerschaltung klein ist, dann kann bei den Oszillatorschaltungen gemäß den Figuren 4· und 6 eine Schaltungsanordnung verwendet werden, bei der die Differentialverstärkerschaltung aus zwei in kaskadegeschalteten Schaltungsstufen besteht. Wird an den Kondensator als Last eine Schaltung mit hoher Impedanz angekoppelt, dann ergibt sich kein Problem, wenn eine Pufferschaltung zwischen die Basis des Transistors Q 11 und den Kondensator C1 eingefügt wird, um die Linearität der Dreiecksausgangsspannung V. zu verbessern.

Auch erhöhen sich bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen bei Erhöhung des Stromes i,, der Konstantstrom-

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quelle I_x. die Spitzenspannungswerte bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4-, Bei dem gleichen Ausführungsbeispiel kann die Schwingungsfrequenz durch Einsatz eines Eonstantspannungselements,etwa einer Zenerdiode anstelle der Widerstände R1 oder R3, abhängig von den Stromänderungen der Eonstantstromquelle I_x, veränderbar gemächt werden, so daß diese Schaltung als TCO-Schaltung, also als spannungsgesteuerter Oszillator verwendet werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 verändert sich die Schwingungsfrequenz und der Spitzenausgangswert, abhängig von Stromänderungen der Eonstantstromquelle I_x,.

Figur 7 zeigt ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer Oszillatorschaltung gemäß der Erfindung. Dieses dritte Ausführungsbeispiel stellt eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4 dar, beiider eine einen Transistor Q 16 und eine Diode D5 umfassende fünfte Stromspielgeschaltung in die Schaltungsanordnung des ersten Ausführungsbeispiels unter Ankopplung an die Basis des !Transistors Q 10 hinzugefügt wird. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel sich der Transistor Q 14 in leitendem Zustand befindet und der Strom I^ durch den Transistor Q 16 fließt, dann wird das Basispotential des Transistors Q 10 -B₁Jl_xJ. Dieses Potential wird als Rückstellschwellenwertspannung der Differentialverstärkerschaltung eingestellt, so daß die oberen und unteren Spitzenwerte sowohl der Dreiecksausgangsspannung als auch der Rechtecksausgangsspannung an den Ele.mmen A bzw. B +1^R_x, bzw. -I-ijR/i sind, wie dies Figur 8 zeigt.

Ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung sei nun unter Bezugnahme auf die Figuren 9 und 10 beschrieben. Figur 9 zeigt die Dioden D13 und D14· sowie Transistoren Q 20 und Q 21, die eine Stromspiegelschal-

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tung darstellen, deren Anordnung gleich, derjenigen gemäß Figur 1 ist, mit der Ausnahme, daß die Arbeitsweise dieser Stromspiegelschaltung gesteuert wird durch die an einem Widerstand R11 entwickelte Schaltung, wobei der Widerstand R11 in Reihe mit der Stromspiegelschaltung gelegt ist. Steigt nun die Spannung an dem Widerstand R11 über einen vorbestimmten Wert, dann werden sowohl der Transistor Q als auch der Transistor Q 21 gesperrt und der Strom i.^ von einer Konstantstromquelle I^ fließt durch einen Kondensator C11 durch die Diode D14-, um diesen Kondensator G11 zu laden. Wenn umgekehrt die Spannung am Widerstand R11 unter den vorbestimmten Wert fällt, dann werden die beiden Transistoren Q 20 und Q 21 leitend und der Strom X^_x, von der Konstantstromquelle I^^ fließt durch den Transistor Q 20. Somit bildet der Strom ίχι,ρ der identisch ist mit dem Strom von der Konstantstromquelle 1^_x, einen Entladestrom von' dem. Kondensator C11 zum Transistor Q 21. Der Widerstandswert des Widerstands R11 wird derart bestimmt, daß die Spannung Vq-t» (das ist die Spannung zwischen Kollektor und Emitter) des Transistors Q 21 auf einen Wert bemessen wird, der doppelt so groß ist, als der Schwellenwertpegel Υ-™ der Diode D14. Somit wird die Diode D14 gesperrt und die Ladungszufuhr zum Kondensator C11 blockiert.

Eine Diode D15 und ein Transistor Q 22 stellen eine erste Stromspiegelschaltung und die Diode D1.5 und ein Transistor Q 23 eine zweite Stromspiegelschaltung dar. Die beiden Stromspiegelschaltungen arbeiten abhängig von dem Leitungszustand eines Transistors Q 25, der zusammen mit einem Transistor Q 24 eine Differentialverstärkerschaltung darstellt. Ein Strom identisch mit dem Strom i.p einer Konstantstromquelle I.2 der Differentialverstärkerschaltung fließt durch die Kollektoren der Transistoren Q 22 und Q 2J. Spannungen i^|p^#^1 und i^-R/M entwickeln sich über den Widerständen R13 bzw. R11, wobei letztere Spannung derart eingestellt wird, daß sie

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die Transistoren Q 20 und Q 21 sperrt.

Bei der vorstehend beschriebenen Differentialverstärkerschaltung wird der Transistor Q 25 abhängig von dem Leitungszustand des Transistors Q 24- gesperrt, an dessen Basis die
Spannung des Kondensators 01 angelegt wird, wodurch der
Transistor Q 23 der Stromspiegelschaltung gesperrt wird. Somit ist das Basispotential des Transistors Q 25, der in den gesperrten Zustand versetzt wird, im wesentlichen Hull. Dies bedeutet, daß sich eine Hystereseeigenschaft aufgrund dieses Basispotentials des Transistors Q 25 ergibt, der als ein
Bezugselement im Betrieb wirkt.

Die Arbeitsweise der in Figur 9 gezeigten Schaltung sei nun erläutert. Es wird angenommen, daß der Transistor Q 24
sperrt, der andere- Transistor Q 25 der Differentialverstärkerschaltung leitend it, und der Strom I_x, ρ ^v°a der Konstantstromquelle Xy, η durch den Kollektor des letzteren Transistors fließt. Somit fließt der Strom i^p auch durch die Transistoren Q 22 und Q 23 der entsprechenden Stromspiegelschaltungen und die Umkehrschwellenwertspannung V™ der Differentialverstärkerschaltung ist i.p.E.^. Über dem Widerstand E11 wird ferner eine Spannung i^o-BU-i erzeugt, wodurch die Transistoren Q 20 und Q 21 gesperrt werden.

Somit fließt der Strom Iy, y, von der Konstantstromquelle I^
durch den Kondensator G11 durch die Diode D14, wodurch der
Kondensator geladen wird. Steigt die Spannung am Kondensator C11 über das Basispotential (i.^.E.^) des Transistors Q 25
als Ergebnis des Ladevorgangs des Kondensators C11, dann wird der Transistor Q 24 leitend und der Transistor Q 25 gesperrt, während beide Transistoren Q 22 und Q 23 gesperrt werden und der Strom X^₂ nicht durch die Widerstände E11 und E13 fließt.

Hieraus ergibt sich, daß das Basispotential des Transistors

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Q 25 nahezu Null ist, was der Rückstellschwellenwertspannung Vg₂ d·⁰¹* Differrentialverstärkerschaltung entspricht. Die . die Transistoren Q 20 und Q 21 aufweisende Stromspiegelschaltung beginnt nun zu arbeiten, so daß der Strom i.. der Konstantstromquelle I^ durch den Transistor Q 20 fließt j der gleiche Entladungsstrom I^ fließt auch von dem Kondensator C11 durch den Transistor Q 21. Somit erniedrigt sich allmählich die Spannung über dem Kondensator C11. Die Spannung 2Z^.R^ entwickelt sich über dem Widerstand R^. lallt die Spannung am Kondensator C11 unter die Eückstellschwellenwertspannung, dann wird der Transistor Q 24· gesperrt, während der Transistor Q 25 leitend wird. Somit kehrt die Schaltung in den Anfangszustand zurück und der gleiche Vorgang wiederholt sich.

Die Figuren 1OA bis 10D zeigen entsprechende Signalformen · für die Dreiecksausgangsspannung V^ an der Klemme A, die Eechtecksausgangsspannung VV. an Klemme B, die Schurellenwertspannung Vg am Punkt E und die Vorspannung V^, am Punkt G.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Figur 9 ändert sich bei konstantem Kapazitätswert des Kondensators C11 die Frequenz der Dreiecksausgangsspannung V^ und der Rechtecksausgangsspannung Vg proportional zum Wert des Stromes i^ der Konstantstromquelle Ι,ι,ι· Wird somit der Strom der Konstantstromquelle I^ unter Steuerung der Spannung variiert, ergibt sich ein spannungsgesteuerter Oszillator.

Bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es außerdem möglich, durch Anwendung einer Zenerdiode anstelle des Widerstandes R13 die Hystereseeigenschaft der Differentialverstärkerschaltung hervorzurufen.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Erfindung eine Oszillatorschaltung betrifft, bei der die Stromspiegelschal-

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"bung mit der Eonstantstromquelle verbunden ist und von dem Kondensator die gleiche Strommenge aufnimmt, wie von der Konstantstromquelle abgegeben wird, wobei die Differentialverstärkerschaltung mit Hystereseeigenschaft vorgesehen ist. Die Spannung am Kondensator wird als Eingangsspannung verwendet, wobei die Arbeitsweise der Stromspiegelschaltung abhängig von dem Ausgangssignal der Differentialverstärkerschaltung gesteuert wird und der Strom von der Konstantstromquelle den Kondensator auflädt, wenn die Stromspiegelschaltung nicht aktiv ist. Arbeitet die Stromspiegelschaltung, dann fließt die gleiche Strommenge, wie diejenige des Stromes der Konstantstromquelle als Entladungsstrom von dem Kondensator ab.

Eine Oszillatorschaltung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 11 und 12 beschrieben·

Figur 11 zeigt Transistoren Q 30 und Q 31 und eine Konstantstromquelle Io^, die eine Differentialverstärkerschaltung darstellen, bei der die Spannung über dem Kondensator C21 an die Basis des Transistors Q 31 angelegt wird, während an der Basis des anderen Transistors Q 30 die Kollektorspannung des Transistors Q 31 durch die XiTiderstände E21 und E22 geteilt anliegt. Wird somit die Differentialverstärkerschaltung derart verwendet, daß die Basis des Transistors Q 31 ein Steuerpunkt ist, während die Basis des anderen Transistors Q 30 als Schwellenwertspannungs-Einstellpunkt dient, dann ändert sich die Schwellenwertspannung der Differentialverstärkerschaltung gemäß dem Zustand des Transistors Q 31. Somit ergibt sich eine Hystereseeigenschaft der Differentialverstärkerschaltung bei deren Umkehrung und Rückstellung.

Eine Diode D23 und ein Transistor Q 32 stellen eine erste Stromspiegelschaltung dar, die arbeitet, wenn der Transistor

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Q 31 leitend ist. Eine Diode D24 und ein Transistor Q 34 bilden eine zweite Stromspiegelschaltung, die arbeitet, wenn die erste Stromspiegelschaltung aktiviert ist. Der vom Kondensator C21 fließende Entladungsstrom wird durch die zweite Stromspiegelschaltung aufgenommen. Eine Diode D25 und ein Transistor D33 stellen eine dritte Stromspiegelschaltung dar, die immer im Betrieb ist. Ein Strom, der identisch ist, mit dem Strom X₂₂ einer Konstantstromquelle I₂₂, fließt durch den Transistor Q 33· Zwischen dem Strom ip/i und ip₂ der Konstantstromquellen Io^ bzw. I₂₂ wird eine Beziehung ip-i = 2ip2 aufrechterhalten. Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung sei nun beschrieben. Leitet der Transistor Q 30 und ist der andere Transistor Q 31 der Differentialverstärkerschaltung gesperrt, dann befindet sich die Umkehrschwellenwertspannung 7™ der Differentialverstärkerschaltung auf einem hohen Wert. Da der Transistor Q 31 gesperrt ist, sind auch die Transistoren Q 32 und Q der ersten bzw. zweiten Stromspiegelschaltung gesperrt. Somit fließt in diesem Falle ein mit dem Strom der Konstantstromquelle ipo identischer Strom durch den Kondensator C21 von dem Transistor Q 33» der die dritte Stromspiegelschaltung bildet (der Basisstrom des Transistors Q 31 ist vernachlässigbar) .

Übersteigt die Ladespannung des Kondensators C21 die Ifmkehrschwellenwertspannung Y™, dann wird die Differentialverstärkerschaltung umgeschaltet, was bewirkt, daß der Transistor Q 31 leitend und der Transistor Q 30 gesperrt wird. Somit nimmt die Rückstellschwellenwertspannung T^ ^der Differentialverstärkerschaltung einen niedrigeren Wert an. Außerdem werden die Transistoren Q 32 und Q 34 der ersten bzw. zweiten Stromspiegelschaltung leitend und es fließt ein mit dem Strom der Konstantstromquelle Ip/, der Differentialverstärkerschaltung identischer Strom durch sie. Da die Beziehung ig,, = 2i₂₂ aufrechterhalten wird, nimmt der Tran-

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sistor Q 34 vom Transistor Q 33 den Strom i₂₂ auf, während der gleiche Strom vom Kondensator C 21 abgenommen wird.

Somit fließt ein Strom i₂₂, der gleich dem Ladestrom ist, als Entladestrom von dem Kondensator C 21, so daß die Spannung über diesen Kondensator C 21 absinkt. Fällt die Spannung unter die Bückstellschwellenwertspannung Y-^₂ der Differentialverstärkerschaltung, dann wird diese zurückgestellt, wodurch der transistor Q 31 gesperrt und der Transistor Q 30 leitend geschaltet wird.

Gemäß der zuvor beschriebenen Arbeitsweise kehrt die Schaltung in den Anfangszustand zurück und der Strom i₂p fließt wiederum zur Aufladung des Kondensators 021. Der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt sich und es ergibt sich ein Dreieckausgangssignal V^ an der nicht geerdeten Klemme A dss Kondensators C21, während die Eechteckausgangsspannung B an der Klemme B des Kollektors des Transistors Q 31 vorhanden ist. Die Signalform der Ausgangsspannung V^ ist in der Figur 12A, die Signalform der Ausgangsspannung Yg in Figur 12B und die Basisspannung des Transistors Q 30 (entsprechend der Schwellenwertspannung der Differentialverstärkerschaltung) in Figur 12C dargestellt.

Die Frequenzen der Ausgangsspannungen V^ und Y-g sind proportional zur Höhe des Stromes ipo» welcher zum bzw. vom Kondensator C21 wegfließt. Werden somit die KonstantStromquellen X₂,, und I₂₂ unter Aufrechterhalten der Beziehung i₂^ = 2i₂₂ gesteuert, dann können die Schwingungsfrequenz und die Spitzenausgangswerte variiert werden. Werden deshalb die Konstantstromquellen I₂^ und I₂₂ so aufgebaut, daß sie durch Eingangssteuerspannungen gesteuert werden, dann ergibt sich ein spannungsgesteuerter Oszillator.

Aus der vorangegangenen Besclireibung wurde deutlich, daß gemäß der Erfindung die Schaltungsanordnung derart beschaffen ist, daß keiner der Transistoren in einer positiven Rückkopplung betrieben wird; somit tritt das Minorität sträger-Ansammlungszeit-Eroblern nicht auf, so daß eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit und damit eine höhere Schwingungsfrequenz möglich ist.

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Leerseite

Claims

PAT E N TA N WALTE

A. GRÜNECKER

DPI. -ING

H. KINKELDEY

on ίΝα

W. STOCKMAIR

DR ING AeEtCALTECH)

K. SCHUMANN

Oft ReH. NAT OIPL.-PHYS

P. H. JAKOB

DiPL-ING

G. BE2OLD

Dft RER HAT- DPU OCM

PIOMEER EIJEG(PHONIc COEPOHATION
No. 4-1, Meguro 1-chome,
Me guro-ku, Tokyo
Japan

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

03.05.81

P 16 035-57/W

Os zillatorschaltung

Patentansprüche

1. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet
durch eine Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) mit Hystereseeigenschaft, einem Kondensator (C1) und einer ersten (Q 12; D3) und zweiten (Q 13; D3) Stromspiegelschaltung, die mit der Differentialverstärkerschaitung (Q 10, Q 11) zur Ladung und Entladung des
Kondensators (C 1) mit im wesentlichen konstantem Strom gekoppelt sind.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Stromspiegelschaltung (Q 12; D3) den Kondensator (C 1) abhängig von einem ersten Betriebszustand der Differentialverstarker-

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TELEFON (OBS)

TELEX OS-SO 38Ο

TELEQHAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

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schaltung (Q 10, Q 11) lädt und die zweite Stromspiegelschaltung (Q 13; D3) den Kondensator (C 1) abhängig von einem zweiten Betriebszustand des Differentialverstärkers (Q 10, Q 11) entlädt.

3· Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Klemme (A) des Kondensators (C 1) mit einer Eingangsklemme der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) gekoppelt ist.

4-. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Klemme (A) des Kondensators (C 1) mit einer ersten Eingangsklemme der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) gekoppelt ist und daß eine zweite Eingangsklemme der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) an eine Potentialquelle angeschlossen ist, die sich abhängig vom Betriebszustand der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) ändert.

5. Oszillatorschaltung , gekennzeichnet durch einen Kondensator (C 1), eine erste Stromspiegelschaltung (Q 12; D3) zur Abgabe eines konstanten Ladestromes an den Kondensator (C 1), eine zweite Stromspiegelschaltung (Q 13; D3) zur Abgabe eines konstanten Entladestroms für den Kondensator und durch eine Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) mit einer ersten Eingangsklemme,an die eine Spannung des Kondensators (C 1) angelegt wird, und mit einer zweiten Eingangsklemme, die mit einer Potentialquelle gekoppelt ist, dessen Potential abhängig von dem Betriebszustand der Differentialverstärkerschaltung sich ändert, wobei die Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) Hystereseeigenschaft besitzt und die erste (Q 12; D3) und zweite (Q 13; D3) Stromspiegelschaltung differentiell abhängig von einem Ausgangssignal der Differentialverstärkerschaltung (Q 10,

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Q 11), betrieben werden.

6. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch einen Differentialverstärker (Q 10, Q 11), erste und zweite Stromspiegelschaltungen (Q 12, D3; Q 13, D3), die mit einer ersten Ausgangsklemme der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) verbunden sind, eine dritte Stromspiegelschaltung (Q 14; D4-), die mit einer zweiten Ausgangsklemme der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) verbunden ist, eine vierte Stromspiegelschaltung (Q 15; D5), die an einen Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung angeschlossen ist, und durch einen Kondensator (C1), der durch einen durch die zweite Stromspiegelschaltung (Q 12; D3) fließenden Strom geladen und durch einen durch die vierte Stromspiegelschaltung (Q 15; D5) fliessenden Strom entladen wird, wobei ein Ausgang der ersten Stromspiegelschaltung (Q 12; D3) mit dem ersten Eingang der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) entsprechend der ersten Ausgangsklemme gekoppelt ist.

7. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet

durch eine Konstantstromquelle (11), einen ersten npn-Transistor (Q 10), dessen Emitter mit einer ersten Klemme der Konstantstromquelle (11) gekoppelt ist, einen zweiten npn-Transistor (Q 11), dessen Emitter mit der ersten Klemme der Konstantstromquelle (11) verbunden ist, einen dritten pnp-Transistor (Q 12), dessen Kollektor mit der Basis des ersten Transistors (Q 10) verbunden ist, einen Widerstand, dessen eine Klemme mit der Basis des ersten Transistors (Q 10) und dessen zweite Klemme mit Masse verbunden ist, eine erste Diode (D3), deren Anode mit einer positiven Spannungsquelle und deren Kathode mit dem Kollektor des ersten Transistors (Q 10) und der Basis des dritten Transistors (Q 12) verbunden ist, wobei der Emitter des dritten

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Transistors (Q 12) an die positive Spannungsquelle angeschlossen ist, eine zweite Diode (D4), deren Anode mit der positiven Spannungsquelle (+Vcc) unter dessen Kathode mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Q 11) verbunden sind, einen vierten pnp-Transistor (Q 13), dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors (Q 10), dessen Emitter mit der positiven Spannungsquelle (+Vco) und dessen Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors (Q 11) gekoppelt sind, einen fünften pnp-Transistor (Q 14), dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Q 11) und dessen Emitter mit der positiven Spannungsquelle (+Vcc) verbunden sind, eine dritte Diode (D5), deren Anode mit dem Kollektor des fünften Transistors (Q 14) und deren Kathode mit der zweiten Klemme der Konstantstromquelle (11) und mit einer negativen Spannungsquelle (~Vcc) verbunden sind, einen sechsten npn-Transistor (Q 15), dessen Basis mit der Anode der dritten Diode (D5), dessen Kollektor mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q 14) und dessen Emitter mit der negativen Spannungsquelle (-Vcc) verbunden sind, und durch einen Kondensator (C1), dessen erste Klemme mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q 14) und dessen zweite Klemme mit Masse verbunden sind.

8. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11), eine erste Stromspiegelschaltung (Q 12; D3), die mit einer ersten Ausgangsklemme der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) verbunden ist, eine zweite Stromspiegelschaltung (Q 13; D3), die mit einer zweiten Ausgangsklemme der Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) verbunden ist, durch eine dritte Stromspiegelschaltung (Q 14; D4), die mit dem Ausgang der zweiten Stromspiegelschaltung (Q 13; D3) verbunden ist, durch einen Kondensator, der durch einen von der ersten Stromspiegelschaltung kommenden Strom

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geladen und durch, einen von der zweiten Stromspiegelschaltung kommenden Strom entladen wird, wobei eine zweite Eingangsklemme der Differentialverstärkerschaltung der zweiten Ausgangsklemme entspricht, die mit dem Kondensator (C1) verbunden ist, und durch einen Spannungsleiter (R2, R3) zur Zuführung einer Spannung an eine erste Eingangsklemme zur Differentialverstärkerschaltung (Q 10, Q 11) entsprechend der Ausgangsklemme proportional zu einem an der ersten Ausgangsklemme fließenden Strom.

Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine Eonstantstromquelle (11), einen ersten pnp-Transistor, dessen Emitter mit einer ersten Klemme der Konstantstromquelle verbunden ist, einen zweiten npn~Transistor, dessen Emitter mit einer ersten Klemme der Konstantstromquelle verbunden ist, einen zxreiten npn-Transistor, dessen Emitter mit der ersten Klemme der Konstantstromquelle verbunden ist, eine erste Diode, deren Anode mit einer positiven Spannungsquelle (+Vco) verbunden ist, einen ersten Widerstand, dessen erste Klemme mit einer Kathode der ersten Diode und dessen zweite Klemme mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden sind, einen zweiten Widerstand, der zwischen dem Kollektor und die Basis des ersten Transistors geschaltet ist, einen dritten Widerstand, der zwischen die Basis des ersten Transistors und die zweite Klemme der Konstantstromquelle geschaltet ist, die mit einer negativen Spannungsquelle gekoppelt ist, eine zweite Diode, deren Anode mit der positiven Spannungsquelle und deren Kathode mit dem Kollektor des zweiten Transistors gekoppelt sind, einen dritten pnp-Transistor, dessen Emitter mit der positiven Spannungsquelle, dessen Basis mit der Kathode der ersten Diode und dessen Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors verbunden sind, einen vierten pnp-Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten

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Transistors und dessen Emitter mit der positiven Spannungsquelle gekoppelt sind, einen fünften npn-Transistor, dessen Kollektor mit dem Kollektor des dritten Transistors, dessen Basis mit dem Kollektor des vierten Transistors und dessen Emitter mit der negativen Spannungsquelle verbunden sind, eine dritte Diode, deren Anode mit der Basis des fünften Transistors und deren Kathode mit der negativen Spannungsquelle verbunden sind und durch, einen Kondensator, dessen erste Klemme mit dem Kollektor des dritten Transistors und dessen zweite Klemme mit Masse verbunden sind.

10. Osziliatorschaltung, gek ennzeich.net durch eine erste Differentialverstärkerschaltung, erste und zweite Stromspiegelschaltungen, die mit der ersten Ausgangsklemme der Differentialverstärkerschaltung gekoppelt sind, eine dritte Stromspiegelschaltung, die mit der zweiten Ausgangsklemme der Differentialverstärkerschaltung gekoppelt ist, eine vierte Stromspiegelschaltung, die mit einem Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung gekoppelt ist, einen Kondensator, der derart geschaltet ist, daß er durch den durch die zweite Stromspiegelschaltung fließenden Strom geladen und durch einen durch die vierte Stromspiegelschaltung fließenden Strom entladen wird, wobei ein Ausgang der ersten Stromspiegelschaltung mit einem ersten Eingang der Differentialverstärkerschaltung entsprechend dem ersten Ausgang verbunden ist, durch eine fünfte Stromspiegelschaltung, deren Eingang mit einem Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung gekoppelt ist und durch einen Widerstand, der zwischen dem ersten Eingang und Masse gelegt ist, wobei der Ausgang der fünften Stromspiegelschaltung mit dem ersten Eingang gekoppelt ist.

11. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine Konstantstromquelle, einen ersten npn-Transistor,

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dessen Emitter mit einer ersten Klemme der Konstantstromquelle gekoppelt ist, einen zweiten npn-Transistor, dessen Emitter mit der ersten Klemme der Konstantstromquelle verbunden ist, einen dritten pnp-Transistor, dessen Kollektor mit der Basis des ersten Transistors gekoppelt ist, einen Widerstand, dessen eine Klemme mit der Basis des ersten Transistors und dessen zweite Klemme mit Masse in Verbindung steht, eine erste Diode, deren Anode mit einer positiven Spannungsquelle und deren Kathode mit dem Kollektor des ersten Transistors und der Basis des dritten Transistors verbunden sind, wobei der Emitter des dritten Transistors an der positiven Spannungsquelle liegt, eine zweite Diode, deren Anode mit der positiven Spannungsquelle und deren Kathode mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden sind, einen vierten pnp-Transistor, dessen Basis an den Kollektor des ersten Transistors,dessen Emitter an die positive Spannungsquelle und dessen Kollektor an die Basis des zweiten Transistors angelegt sind, einen fünften pnp-Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors, dessen Emitter mit der positiven Spannung3-quelle verbunden sind, eine dritte Diode, deren Anode mit dem Kollektor des fünften Transistors und deren Kathode mit der zweiten Klemme der Konstantstromquelle und einer negativen Spannungsquelle verbunden sind, einen sechsten npn-Transistor, dessen Basis mit der Anode der dritten Diode, dessen Kollektor mit dem Kollektor des vierten Transistors und dessen Emitter mit der negativen Spannungsquelle gekoppelt sind, einen Kondensator, dessen erste Klemme mit dem Kollektor des vierten Transistors und dessen zweite Klemme mit Masse verbunden ist und durch einen siebenten npn-Transistor, dessen Basis mit der Basis des sechsten Transistors, dessen Emitter mit der negativen Spannungsquelle und dessen Kollektor mit der Basis des ersten Transistors verbunden sind.

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12. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine Differentialverstärkerschaltung, erste und zweite Stromspiegelschaltungen, deren Eingänge mit dem ersten Ausgang der Differentialverstärkerschaltung gekoppelt sind,wobei die zweite Stromspiegelschaltung einen Ausgang besitzt, der mit einem ersten Eingang der Differentialverstärkerschaltung entsprechend der ersten Ausgangsklemme verbunden ist, eine Konstantstromquelle, einen Kondensator, eine dritte Stromspiegelschaltung, deren Eingang mit einem Ausgang der zxreiten Stromspiegelschaltung verbunden ist, und durch eine Diode zum Koppeln der Konstantstromquelle an den Kondensator, wobei ein Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung über die Diode an den Kondensator gekoppelt ist, so daß der Kondensator mit einem Strom geladen wird, der von der Konstantstromquelle in einem ersten Betriebszustand des Differentialverstärkers kommt, sowie entladen wird durch die dritte Stromspiegelschaltung in einem zweiten Betriebszustand der Differentialverstärkerschaltung.

13· Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine erste Konstantstromquelle, einen ersten ηρη-Transistor, dessen Emitter mit einer ersten Klemme der ersten Konstantstromquelle gekoppelt ist, einen zweiten npn-Transistor, dessen Emitter mit der ersten Klemme der Konstantstromquelle gekoppelt ist, einen ersten Widerstand, der zwischen die positive Spannungsquelle und den Kollek-^ tor des ersten Transistors gelegt ist, eine erste Diode, deren Anode mit der positiven Spannungsquelle und deren Kathode mit dem Kollektor des zweiten Transistors in Verbindung steht, einen, dritten pnp-Transistor, dessen Basis mit der Kathode der ersten Diode, dessen Emitter mit der positiven Spannungsquelle und dessen Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors gekoppelt sind, einen ersten

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Widerstand, der zwischen die Basis des zweiten Transistors und Masse geschaltet ist, einen vierten pnp-Transistor, dessen Emitter mit der positiven Spannungsquelle und dessen Basis mit der Basis des dritten Transistors verbunden sind, eine zweite Konstantstromquelle, deren erste Klemme mit der positiven Spannungsquelle in Verbindung steht, zweite und dritte Dioden, deren Anoden mit der zweiten Klemme der zweiten Konstantstromquelle verbunden sind, einen fünften npn-Transistor, dessen Kollektor mit der Kathode der zxireiten Diode und dessen Basis mit dem Kollektor des fünften Transistors in Verbindung stehen, einen sechsten npn-Transistor, dessen Kollektor mit der Kathode der dritten Diode und dessen Emitter mit dem Emitter des fünften Transistors und dem Kollektor des vierten Transistors in Verbindung stehen, einen Kondensator, der zwischen dem Kollektor des sechsten Transistors und Masse geschaltet ist und durch einen dritten Widerstand, der zwischen dem Emitter des fünften Transistors und einer zweiten Klemme der ersten Konstantstromquelle liegt, die mit der negativen Spannungsquelle gekoppelt ist.

14-. Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine Differentialverstärkerschaltung, eine erste Stromspiegelschaltung mit einem ersten Eingang, der mit dem ersten Ausgang der Differentialverstärkerschaltung gekoppelt ist, eine zweite Stromspiegelschaltung, deren Eingang mit einem Ausgang der ersten Stromspiegelschaltung verbunden ist, eine Konstantstromquelle, eine dritte Stromspiegelschaltung, deren Eingang mit der Konstantstromquelle in Verbindung steht, einen Kondensator, der derart geschaltet ist, daß er mit einer ersten Polarität von der dritten Stromspiegelschaltung und mit entgegengesetzter Polarität durch die zweite Stromspiegelschaltung geladen wird, und durch einen Spannungsteiler, dessen Eingang der-

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art geschaltet ist, daß er einen Strom proportional zu einem Strom an der ersten Ausgangsklemme empfängt und zwar zur Zuführung einer dazu proportionalen Spannung an eine zweite Eingangsklemme der Differentialverstärkerschaltung.

15- Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine erste Konstantstromquelle, einen ersten npn-Transistor, dessen Emitter mit einer ersten Klemme der ersten Konstantstromquelle und dessen Kollektor mit einer positiven Spannungsquelle verbunden sind, einen zweiten npn-Transistor, dessen Emitter mit der ersten Klemme der ersten Konstantstromquelle in Verbindung steht, eine erste Diode, deren Anode mit der positiven Spannungsquelle gekoppelt ist, einen ersten Widerstand, der zwischen die Kathode der ersten Diode und den Kollektor des zweiten Transistors gelegt ist, einen dritten pnp-Transistor, dessen Emitter mit der positiven Spannungsquelle und dessen Basis mit der Kathode der ersten Diode in Verbindung steht, einen zweiten Widerstand, der zwischen den Kollektor des zweiten Transistors und die Basis des ersten Transistors gelegt ist, einen dritten Widerstand, der zwischen der Basis des ersten Transistors und eine zweite Klemme der ersten Konstantstromquelle geschaltet ist, die mit einer negativen Spannungsquelle in Verbindung steht, eine zweite Diode, deren Anode mit dem Kollektor des dritten Transistors und deren Kathode mit der negativen Spannungsquelle gekoppelt ist, einen vierten pnp-Transistor, dessen Emitter an der positiven Spannungsquelle und dessen Kollektor an der Basis des zweiten Transistors angeschlossen sind, eine dritte Diode deren Anode mit der positiven Spannungsquelle und deren Kathode mit der Basis des vierten Transistors gekoppelt sind, eine zweite Konstantstromquelle mit einer ersten Klemme, die mit der Basis des vierten Transistors,

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und einer zweiten Klemme, die mit der negativen Spannungsquelle verbunden sind, einen fünften npn-Transistor, dessen Kollektor mit dem Kollektor des vierten Transistors, dessen Basis mit dem Kollektor des dritten Transistors und dessen Emitter mit der negativen Spannungsquelle verbunden sind, und durch, einen Kondensator, der zwischen dem Kollektor des dritten Transistors und Hasse liegt.

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