DE1274676B - Oszillatorschaltung mit einem Transistor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03b

Deutsche Kl.: 21 a4 -13

Nummer: 1274 676

Aktenzeichen: P 12 74 676.8-35 (R 36939)

Anmeldetag: 9. Januar 1964

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung betrifft Oszillatorschaltungen mit einem Transistor, dessen Basis an einem zwischen zwei Klemmen einer Betriebsspannungsquelle geschalteten Widerstandsspannungsteiler angeschlossen ist und dessen Emitter und Kollektor mit den Enden des Spannungsteilers gekoppelt sind, ferner mit einem frequenzbestimmenden Resonanzkreis, der zwischen die Basis und das mit dem Emitter gekoppelte Ende des Spannungsteilers geschaltet ist, und mit zwei miteinander in Reihe und dem Resonanzkreis parallel xo geschalteten Kondensatoren, deren Verbindungspunkt über einen Mitkopplungszweig mit dem Emitter gekoppelt ist. _

Bei einem bekannten Transistoroszillator dieser Art arbeitet der Transistor in Kollektorschaltung, und die Basisvorspannung wird durch einen Widerstandsspannungsteiler erzeugt, der zwischen Kollektor- und Emitterelektrode des Transistors liegt. Die Emitterelektrode ist über einen Arbeitswiderstand mit der einen Klemme einer Betriebsspannungsquelle ao verbunden, während die andere Klemme der Spannungsquelle direkt an den Kollektor angeschlossen ist. Die Basiselektrode ist über einen Blockkondensator mit einer Klemme eines frequenzbestimmenden Kreises verbunden, dessen andere Klemme an der emitterseitigen Betriebsspannungsquellenklemme liegt. Dem frequenzbestimmenden Kreis, der einen Schwingquarz oder eine Induktivität enthalten kann, ist ein kapazitiver Spannungsteiler aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren parallel geschaltet, deren Verbindungspunkt mit dem Emitter des Transistors gekoppelt ist. Das Ausgangssignal der Schaltung wird parallel zum Emitterwiderstand abgenommen (USA.-Patentschrift 2 930 002).

Es ist auch bereits bekannt, daß die Betriebsfrequenz eines Transistoroszillators der obengenannten Art durch Betriebsspannungsschwankungen beeinflußt wird, wenn nicht besondere Maßnahmen getroffen werden. Bei der obenerwähnten bekannten Oszillatorschaltung soll eine möglichst weitgehende Unabhängigkeit der Betriebsfrequenz des Oszillators dadurch erreicht werden, daß der Kapazitätswert des kapazitiven Spannungsteilers im Vergleich zur Eigenkapazität des Transistors relativ hoch gewählt und ein nur reelle Widerstände enthaltender, frequenzabhängiger Mitkopplungszweig verwendet wird. Durch die Erhöhung der Kapazität des die Mitkopplungsspannung liefernden kapazitiven Spannungsteilers werden aber die Güte des frequenzbestimmenden Kreises und die Ausgangsspannung in unerwünschter Weise herabgesetzt.

Änderungen der Betriebsspannung beeinflussen die Oszillatorschaltung mit einem Transistor

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

8000 München, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Karl Wesley Angel, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 9. Januar 1963 (250 267)

Betriebsfrequenz eines Transistoroszillators auf zweierlei Weise: Einerseits wirkt eine Erhöhung der Betriebsspannung im Sinne einer Frequenzerniedrigung, da sie die Emitter-Basis-Kapazität des Transistors, die in die Eingangskapazität der vorliegenden Schaltung eingeht, erhöht. In gleicher Richtung wirkt die bei Erhöhung der Betriebsspannung zunehmende Phasenverzögerung im Basiskreis des Transistors, die durch die Änderungen der Basis-Emitter-Kapazität und des Eingangs-Basenreihenwiderstandes verursacht wird. Die Verringerung des Eingangswiderstandes wirkt andererseits wegen der Verringerung der Belastung des frequenzbestimmenden Kreises im Sinne einer Erhöhung der Betriebsfrequenz.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch geeignete zusätzliche Kompensationsmaßnahmen erreicht werden kann, daß sich die in entgegengesetztem Sinne wirkenden Einflüsse von Betriebsspannungsänderungen weitestgehend kompensieren, so daß die Betriebsfrequenz praktisch unabhängig von Betriebsspannungsschwankungen wirkt.

Bei einer Oszillatorschaltung mit einem Transistor, dessen Basis an einen zwischen zwei Klemmen einer Betriebsspannungsquelle geschalteten Widerstandsspannungsteiler angeschlossen ist und dessen Emitter und Kollektor mit den Enden des Spannungsteilers gekoppelt sind, ferner mit einem frequenzbestimmenden Resonanzkreis, der zwischen die Basis und das mit dem Emitter gekoppelte Ende des Spannungsteilers geschaltet ist, und mit zwei miteinander in Reihe und dem Resonanzkreis parallel geschalteten

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Kondensatoren, deren Verbindungspunkte über einen Mitkopplungszweig mit dem Emitter gekoppelt sind, wird dies gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zwischen die Basis und das mit dem Emitter des Transistors gekoppelte Ende des Spannungsteilers eine Stabilisierungsanordnung geschaltet ist, die einen Gleichstrom sperrenden Kondensator und einen mit diesem in Reihe geschalteten Kompensationswiderstand enthält, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem gewählten Widerstandsverhältnis des Basisspannungsteilers so bemessen ist, daß der Einfluß von durch Betriebsspannungsschwankungen verursachten Änderungen der Emitter-Basis-Kapazität jdes Transistors auf die Schwingungsfrequenz möglichst vollständig kompensiert wird.

Vorzugsweise sind der Abgriff des Spannungsteilers und der Wert des Kompensationswiderstandes unabhängig voneinander einstellbar.

Vorzugsweise enthält der frequenzbdstimmende Kreis in an sich bekannter Weise einen Schwingkristall, der mit einem Kondensator in Reihe geschaltet ist; es kann jedoch auch ein £C-Kreis verwendet werden.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Oszillator dient ein mit einem Abstimmkondensator 62 in Reihe geschalteter Kristall 61 als frequenzbestimmender Resonanzkreis. Der Resonanzkreis ist durch einen kapazitiven Spannungsteiler aus zwei in Reihe geschalteten Spannungsteilerkondensatoren 63,64 überbrückt. Der Kapazitätswert dieser Kondensatoren ist viel größer als der Kapazitätswert des Kondensators 62, so daß die Frequenz in erster Linie von der Ersatzinduktivität und -kapazität des Kristalls 61 und des mit diesem in Reihe geschalteten Kondensators 62 abhängt, Der Kondensator 63 ist außerdem groß verglichen mit den Änderungen der Transistoreingangskapazität. Der Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Kondensatoren 63,64 bildet einen Abgriff, von dem ein Teil der Oszillatorspannung auf den Emitter 88 eines Oszjllatortransistors 72 rückgekoppelt wird.

Die Basis 71 wird von einer negativen Klemme 74, einer Betriebsspannungsquelle, deren andere Klemme an Masse liegt, über einen Schleifer 76 eines Potentio» meterwiderstandes 78 und eine Hochfrequenzdrossel 79 vorgespannt. Der Widerstand 78 ist mit einem Widerstand 81 in Reihe zwischen die Klemme 74 und einen Leiter 82 geschaltet, der zur positiven Klemme der nicht dargestellten Betriebsspannungsquelle führt. Ein Widerstand 84 dient als Arbeitswiderstand für den Kollektor 86. Der Emitter 88 des Transistors ist über einen Widerstand 91 und eine Hochfrequenzdrossel 92 in Flußrichtung bezüglich der Basis 71 vorgespannt. Der Widerstand 91 ist durch einen Ableitkondensator 94 überbrückt. Die Ausgangsspannung des Oszillators wird vom Kollektor über einen Kopplungskondensator 96 abgenommen. Ein Widerstand 48 und ein Blockkondensator 49 zur Sperrung des Gleichstromes sind so geschaltet, daß der Widerstand 48 eine Belastung für den Resonanzkreis bildet. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Oszillatorkreis, der beispielsweise mit einem Transistor des Typs 2 N1177 bestückt sein kann, nimmt die Basis-Emitter-Kapazität zu, wenn die Spannung zwischen Basis und Masse höher negativ wird und der Widerstand 48 fehlt. Der Eingangswiderstand, nämlich der Basis-Emitter-Widerstand, nimmt ab. Die Erhöhung der Betriebsspannung hat außer der Erhöhung der Basis-Emitter-Kapazität auch eine stärkere Aussteuerung zur Folge. Der Kapazitätsanstieg bewirkt ein Absinken der Frequenz, da das LC-Produkt des Resonanzkreises größer wird. Die Frequenz nimmt außerdem ab, da die Phasenverzögerung, die dem Basiskreis des Transistors von Natur aus anhaftet, zunimmt. Die Phasenverzögerung wird durch einen Phasenschieber verursacht, der die Basis-Emitter-Kapazität und den Eingangs-Basis-Reihenwiderstand umfaßt. Die Verringerung des Eingangswiderstandes neigt andererseits dazu, die Frequenz zu erhöhen. Bei der dargestellten Oszillatorschaltung werden der Einfluß der eine Erhöhung des LC-Produktes bewirkenden Änderung der Basis-Emitter-Kapazität und die Vergrößerung der Phasenverzögerung im Basiskreis durch eine entsprechende Bemessung der Belastung durch den Widerstand 48 und die Änderung des Eingangswiderstandes weitgehend oder ganz kompensiert. Wenn also der Transistoroszillator auf einem Pegel arbeitet, bei dem sich die Widerstands- und Kapazitätsänderungen gegenseitig aufheben, ist eine einwandfreie Kombination in einem weiten Bereich der Betriebsspannung gewährleistet.

Der Widerstand 48 wird also auf einen Wert einjustiert, bei dem die Oszillatorfrequenz je nach der vorgegebenen Einstellung des Potentiometerschleifers 76 die geringste Abhängigkeit von der Betriebsspannung zeigt. In entsprechender Weise läßt sich für jeden Wert des Widerstandes 48 eine Einstellung des Schleifers 76 finden, bei der die Oszillatorfrequenz am wenigsten von der Betriebsspannung abhängt. Durch Einjustieren des Potentiometerschleifers 76 und des Widerstandes 48 läßt sich eine gewünschte Oszillatorausgangsspannungsamplitude einstellen und gleichzeitig eine weitgehende Unabhängigkeit der Frequenz von Betriebsspannungsschwankungen erreichen.

Für die dargestellte Schaltung kann ein Transistor des Typs 2 N1177 verwendet werden. Es handelt sich dabei um einen Drifttransistor. Die erfindungsgemäßen Oszillatorschaltungen können bei verhältnismäßig hohen Frequenzen arbeiten, z. B. im Bereich zwischen 12 und 14,5 MHz. Die Frequenzschwankungen eines Oszillators mit den angegebenen Parametern bleiben bei Betriebsspannungsänderungen von ± 15 % kleiner als ± 0,00002 »/0. Diese Stabilitätsangabe gilt auch für preiswerte Drifttransistoren, die sich hinsichtlich ihrer Leistungsverstärkung und ihres Sättigungsstromes eignen. Schwankungen infolge von Kristallen hoher und niedriger Güte sind ebenfalls in diesen Stabilitätswert eingeschlossen.

Beim Abgleich des Kompensationswiderstandes zur Verringerung von Frequenzänderungen, die durch Betriebsspannungsschwankungen verursacht werden, geht man im allgemeinen folgendermaßen vor:

1. Die Oszillatorparameter werden ohne den Kompensationswiderstand in bekannter Weise auf eine gewünschte Frequenz und Ausgangsleistung abgeglichen;

2. die Frequenzänderung Af₁ für eine bestimmte Betriebsspannungsänderung wird gemessen;

3. man schaltet nun als Widerstand 48 einen Belastungswiderstand R_u ein und mißt erneut wie unter 2 die Frequenzabweichung, die nun Δ /₂ ist;

4. der richtige Wert R_d des Widerstandes 48 ist dann näherungsweise:

Δ /j Afq,

5. vorzugsweise wird das oben beschriebene Interpolationsverfahren ein oder mehrmals wiederholt, um eine genauere Kompensation zu erreichen.

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Das Vorzeichen von Af₁ kann anfänglich für eine bestimmte Richtung der Betriebsspannungsänderung positiv gewählt werden. Für dieselbe Richtung der Vorspannungsänderung wird dann das Vorzeichen von Af₂ positiv gewählt, wenn sich die Frequenz in derselben Richtung ändert wie Af₁, und negativ für eine Frequenzänderung im entgegengesetzten Sinn.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Oszillatorschaltung mit einem Transistor, dessen Basis an einen zwischen zwei Klemmen einer Betriebsspannungsquelle geschalteten Widerstandsspannungsteiler angeschlossen ist und dessen Emitter und Kollektor mit den Enden des Spannungsteilers gekoppelt sind, ferner mit einem frequenzbestimmenden Resonanzkreis, der zwischen die Basis und das mit dem Emitter gekoppelte Ende des Spannungsteilers geschaltet ist, und mit zwei miteinander in Reihe und dem Resonanzkreis parallel geschalteten Kondensatoren, deren Verbindungspunkt über einen Mitkopplungszweig mit dem Emitter gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis (71) und das mit dem Emitter (88) des Transistors (72) gekoppelte Ende (82) des Spannungsteilers (78, 81) eine Stabilisierungsanordnung geschaltet ist, die einen Gleichstrom sperrenden Kondensator (49) und einen mit diesem in Reihe geschalteten Kompensationswiderstand (48) enthält, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem gewählten Widerstandsverhältnis des Basisspannungsteilers so bemessen ist, daß der Einfluß von durch Betriebsspannungsschwankungen verursachten Änderungen der Emitter-Basis-Kapazität des Transistors auf die Schwingungsfrequenz möglichst vollständig kompensiert wird.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswiderstand (48) und der Abgriff (76) des Spannungsteilers (78, 81), der mit der Basis (71) verbunden ist, unabhängig voneinander einstellbar sind.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis einen Schwingkristall (61), dem ein Kondensator (62) in Reihe geschaltet ist, enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 915 708, 2 930 002.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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