DE1103993B - Kristallgesteuerte Transistorschwingschaltung - Google Patents

Description

• Kristallgesteuerte Transistorschwingschaltung Bei vielen Arten von elektrischen Schaltungen, z. B. Schaltungen von Rundfunksendern und Empfängern, braucht man eine Steuerschaltung, mit der die Amplitude und die Frequenz der Schwingung eines Schwingungserzeugers leicht und wirksam innerhalb vorgeschriebener Grenzen gehalten werden könne. Selbst in den Fällen, in denen kristallgesteuerte Oszillatoren für die Aufrechterhaltung der Schwingungsstabilität verwendet worden sind, wurde festgestellt, daß die Frequenz des Steuerkristalls bis zu einem gewissen Grad von der Amplitude des Eingangsstromes abhängt. Wenn dem Steuerkristall Ströme zugeführt werden, deren Amplitude einen bestimmten Wert übersteigt, verändert sich die Frequenz des Kreises und kehrt nicht auf ihren ursprünglichen Wert zurück, wenn der Strom auf seinen Ausgangswert zurückgeführt wird. Dies hat zur Folge, daß große Sorgfalt darauf verwendet werden muß, die den Kristalloszillatoren zugeführten Ströme auf einem konstanten niedrigen Wert zu halten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung zur automatischen Amplituden-und Frequenzregelung eines kristallgesteuerten Oszillators, bei dem der Kristall sich in einer positiven Rückkopplungsschleife zwischen dem Kollektor und dem Emitter eines Transistors befindet, dadurch gelöst, daß ein nichtlinearer Widerstand in einem Nebenschlußkreis zwischen dem Emitter und der geerdeten Basis des Transistors liegt und daß ein gleichgerichteter Anteil des am Kollektor auftretenden Schwingstromes über eine zusätzliche Rückkopplungsschleife auf den Nebenschlußkreis derart zurückgekoppelt wird, daß er die Leitfähigkeit des nichtlinearen Widerstandes beeinflußt.
• Vorzugsweise ist der nichtlineare Widerstand als Germaniumvaristor ausgebildet.
• Bei Empfängerschaltungen ist es bekannt, eine Verstärkungsregelung durch Variation der äußeren Schaltungsimpedanzen zu bewirken. Eine derartige Änderung der Belastung des äußeren Kreises wird meist mit Hilfe eines nichtlinearen Widerstandes bewirkt. So sind z. B. gemäß einem älteren Vorschlag zwei Regelschleifen vorgesehen, nämlich diejenige, über die ein Transistor mittels einer durch Gleichrichtung der Signalspannung gewonnenen und der Steuerelektrode zugeführten Regelspannung geregelt wird, und eine weitere Regelschleife, die aus einem parallel zum Eingangskreis des Hochfrequenzverstärkers geschalteten nichtlinearen Widerstand besteht, der unter der Einwirkung einer Vorspannung steht, die von einem im Ausgangskreis des geregelten Transistors liegenden Widerstand abgenommen wird.
• Erfindungsgemäß handelt es sich dagegen nicht um eine Schwundregelschaltung, sondern um einen kristallgesteuerten Oszillator, der in bekannter Weise eine Rückkopplung zur Aufrechterhaltung seiner Schwingungen aufweist. Zur Amplitudenregelung des Schwingstromes dient ein Regelkreis, über den ein gleichgerichteter Anteil des am Kollektor auftretenden Schwingstromes auf den zwischen Emitter und Basis des Transistors befindlichen nichtlinearen Widerstand rückgekoppelt wird. Diese Anordnung führt zu einer überraschenden Verbesserung der Frequenzkonstanz.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung. Hierin ist Fig. 1 das Schaltbild eines kristallgesteuerten Oszillators gemäß der Erfindung und Fig. 2 die Widerstandsspannungskennlinie eines für die Zwecke der Erfindung geeigneten Germaniumv aristors.
• In Fig. 1 ist ein npn-Flächentransistor 10 mit einem Emitter 11, einem Kollektor 12 und einer geerdeten Basis 13 gezeigt. Der Kollektor 12 ist mit der Basis eines zweiten npn-Flächentransistors 14 verbunden, dessen Emitter 15 über eine Leitung 16 und über einen abstimmbaren Kondensator 17 mit der einen Belegung eines Ouarzkristalls 18 verbunden ist. Die andere Belegung des Kristalls ist über eine Anschlußstelle 19, eine Leitung 21 und eine Anschlußstelle 22 mit dem Emitter 11 verbunden. Der Kristall 18 ist so geschnitten, daß er eine bestimmte Resonanzfrequenz hat. Der abstimmbare Kondensator 17 ist zur genauen Einstellung der Resonanzfrequenz des Kristalls vorgesehen. Der Kollektor 12 ist ferner mit einem allgemein mit 20 bezeichneten Abstimmkreis verbunden. Dieser Kreis wird auf die Resonanzfrequenz des Kristalls abgestimmt und kann durch die Verwendung- eines keramischen Kondensators mit negativem Temperaturkoeffizienten zur Temperaturkompensation herangezogen werden. Der Abstimmkreis 20 ist ferner mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden und bildet eine Belastung von hoher Impedanz für den Kollektor 12.
• Ein veränderlicher Widerstand 23 verbindet den Ernitter 11 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle. Durch die Veränderung des Widerstandes 23 kann der Ausgangsstrom des Kollektors 12 gesteuert werden. Die vorangehend beschriebene Schaltung wirkt bei Verbindung mit geeigneten Spannungsquellen als Oszillator, da die auf den Emitter 11 rückgekoppelte Energie größer ist als die im Quarzkristall verlorengegangene Energie.
• Die Ausgangsspannung des Transistors 14 wird von dessen Emitter abgenommen und einem Emitter 24 zugeführt, um den Emitterstrom an dieser Stelle entsprechend dem Ausgangswechselstrom des Transistors 14 zu verändern. Die Anschlußstelle 25 verbindet zwei Widerstände 26 und 27, die einen Spannungsteiler bilden, um dem Emitter 24 eine Vorspannung aufzuprägen und den Verstärkungsgrad des pnp-Flächentransistors 28 zu verändern. Der Tränsistor 28 wirkt als weiterer Verstärker, dessen Ausgangsspannung über einen Kondensator der Anschlußstelle 31 zugeführt wird. Der Ausgangskreis des Transistors 28 ist ein ir-Glied, das aus dem Kondensator 29 und zwei Induktivitäten 32 und 33 besteht. Die Werte der Elemente des n-Gliedes sind so gewählt, daß sie eine Impedanz. ergeben, durch die der Kollektor an die Impedanz der mit der Anschlußstelle31 verbundenen Belastungselemente angepaßt ist. Die positiven Halbwellen des der Anschlußstelle 31 zugeführten Wechselstromes nehmen ihren Weg über eine Ausgangsleitung 34, die zu einem beliebigen Verbraucher führt.
• Der der Anschlußstelle 31 zugeführte negative Anteil der Schwingungen macht eine Diode 36 leitend. Die Diode 36 wirkt als Einweggleichrichter für den negativen Wechselstrom. Die Pulsation des gleichgerichteten Stromes werden durch eine Siebschaltung, die aus einem Widerstand 37 und einem Kondensator 38 besteht, ausgeglättet. Dieser gleichgerichtete negative Strom verursacht einen Sromfluß durch einen Widerstand 39, so daß an einer Anschlußstelle 41 eine Vorspannung entsteht, welche die Leitfähigkeit eines Germaniumvaristors 42 steuert. Hieraus ergibt sich, daß, tvenn die Schaltung Schwingungen von zunehmender Amplitude erzeugt, der gleichgerichtete negative Strom ebenfalls zunimmt, so daß die Anschlußstelle 41 stärker negativ und damit der Varistor 42 in einen Zustand höherer Leitfähigkeit gebracht wird. Die Anschlußstelle 41 ist ferner über einen Kondensator 43 mit der Anschlußstelle 19 verbunden. Der kapazitive Blindwiderstandswert des Kondensators 43 zusammen mit dem Ohmschen Widerstandswert des Varistors 42 bestimmt den Impedanzwert e;nes Wechselstromnebenschlußkreises, der mit der Anschlußstelle 19 verbunden ist. Der über den Kristall 18 der Anschlußstelle 19 zugeführte Rückkopplungsstrom @vird nicht voll zum Emitter 11 rückgekoppelt, sondern es wird vielmehr ein Teil desselben durch den Impedanzkreis 43, 42 nebengeschlossen. Der Stromanteil im Nebenschlußkreis kann durch Verändern des Widerstands 23 geregelt werden. Wenn der Widerstand 23 so eingeregelt wird, daß er einen sehr hohen Ohmschen Widerstandswert hat, ist der Anteil des durch den Nebenschlußkreis fließenden Rückkopplungsstromes so groß, daß er eine weitereAufrechterhaltung der Schwingungen des Oszillators ausschließt.
• In Fig. 2 ist eine Kennlinie des der Anschlußstelle 41 zugeführten Rückkopplungsstromes If in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Varistors gezeigt. Wenn nun der Wert des Widerstands 23 so eingestellt wird, daß der Ausgangsstrom gleich einem Wert ist, bei welchem der Rückkopplungsstrom Ii den bei 45 auf einem Abschnitt der Kurve dargestellten Wert hat, wird nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil des der Anschlußstelle 19 zugeführten Rückkopplungsstromes zum Nebenschlußimpedanzkreis abgeleitet. Der Rest des der Anschlußstelle 19 zugeführten Wechselstromes wird dem Emitter 11 zur Aufrechterhaltung der Schwingungen der Schaltung zugeführt.
• Wenn aus irgendeinem Grund der Ausgangsstrom der Schaltung den kritischen Wert überschreitet, nimmt der der Anschlußstelle 41 zugeführte Rückkopplungsstrom If zu, so daß der Varistor in einen Zustand höherer Leitfähigkeit gebracht wird. In diesem Falle bewegt sich der Arbeitspunkt auf der in Fig. 2 gezeigten Kennlinie zu einem Punkt 46. Der Varistor 42 bildet daher im Nebenschlußimpedanzkreis einen kleineren Widerstand, was zur Folge hat, daß die Impedanz des Nebenschlußkreises abnimmt und ein größerer Teil des der Anschlußstelle 19 zugeführten Rückkopplungsstromes zu dem nun eine niedrige Impedanz aufweisenden Nebenschlußkreis abgeleitet wird, wodurch der dem Emitter 11 zugeführte Rückkopplungsstrom verringert wird. Da die Ausgangsspannung dem Emitterstrom proportional ist, wird die Eingangsspannung des Transistors 10 herabgesetzt, was zur Folge hat, daß die Amplitude des Ausgangsstromes auf ihren früheren Wert zurückgeführt wird.
• Umgekehrt findet, wenn die Amplitude des Ausgangswechselstromes abnimmt, eine geringere Stromrückkopplung zur Anschlußstelle 41 statt. Als Folge hiervon wird die Leitfähigkeit des Varistors 42 verringert, d. h., sein Ohmscher Widerstand im Nebenschlußkreis nimmt zu. Der Arbeitspunkt für den Varistor ist nun durch die Bezugsziffer 47 in Fig. 2 dargestellt. Bei einer Zunahme des Impedanzwerts des Nebenschlußkreises wird ein größerer Anteil des der Anschlußstelle 19 zugeführten Rückkopplungsstromes dem Emitter 11 zugeführt. Daher erlangt, je größer der am Emitter 11 verfügbare Rückkopplungswechselstrom ist, der Transistor 10 eine um so höhere Leitfähigkeit, was zur Folge hat, daß der Ausgangswechselstrom auf die gewünschte Amplitude zunimmt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung zur automatischen Amplituden- und Frequenzregelung eines kristallgesteuerten Oszillators, bei dem der Kristall sich in einer positiven Rückkopplungsschleife zwischen dem Kollektor und dem Emitter eines Transistors befindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtlinearer Widerstand (42) in einem Nebenschlußkreis (19, 21, 22, 41 und 43) zwischen demEmitter (11) und der geerdeten Basis (13) des Transistors (10) liegt und daß ein gleichgerichteter Anteil des am Kollektor (12) auftretenden Schwingstromes über eine zusätzliche Rückkopplungsschleife (36 bis 39) auf den Nebenschlußkreis derart rückgekoppelt wird, daß er die Leitfähigkeit des nichtlinearen Widerstands beeinflußt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand (42) als Germaniumvaristor ausgebildet ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des gleichgerichteten Anteils des Schwingstromes am Ausgang des Kollektors, der über die zusätzlicheRückkopplungsschleife (36 bis 39) rückgekoppelt wird, mittels eines einstellbaren Widerstands (23) geregelt wird, der zwischen den Emitter (11) des Transistors und eine Vorspannungsquelle eingegeschaltet ist und so eingestellt werden kann, daß der nichtlineare Widerstand (42) im günstigsten Bereich (46, 47) seiner Widerstandsstromkennlinie arbeitet.
4. 4. Schaltungsanordnung nachAnspruchl oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (10) über einen oder mehrere zusätzliche Transistoren (14, 28), die als Verstärker wirken, mit einer Ausgangsleitung (34) verbunden ist und daß vom letzten Transistor (28) ein Teil des Ausgangsstromes über einen Gleichrichter (36) zum Nebenschlußkreis (21, 41 bis 43) rückgekoppelt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1082307; britische Patentschriften Nr. 413 383, 414187, 15 438 565; R. Shea, »Principles of Transistor Circuits«, New York, 1953, S. 472.