DE1001346B - Anordnung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen bestimmter Frequenz unter Verwendung eines rueckgekoppelten Transistors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen bestimmter Frequenz, wobei der Schwingungserzeuger mit einem Transistor als Verstärker ausgerüstet ist. Verlangt man von einem solchen Schwingungserzeuger, daß Frequenz und Ausgangsamplitude stabil sind sowohl bei einem bestimmten Transistor gegenüber Betriebsspannungsschwankungen, Änderungen der Belastung und der Umgebungstemperatur wie auch gegenüber dem Austausch von Transistoren gegeneinander, so ist es unzweckmäßig, die Amplitude des Schwingungserzeugers durch den Transistor selbst bestimmen zu lassen, wie es ohne besondere Vorkehrungen der Fall ist. Denn dann hängt die Amplitude von der Betriebsspannung ab und wird durch die von Exemplar zu Exemplar streuenden und von der Temperatur besonders stark abhängigen Gleichstromeigenschaften des Transistors wesentlich beeinflußt. Die hierdurch bedingte Instabilität der Amplitude verursacht dabei eine Ungleichmäßigkeit der Belastung des frequenzbestimmenden Gliedes und infolgedessen im allgemeinen eine Instabilität auch der Frequenz.

Es ist bekannt, mit Hilfe eines Widerstandes mit negativer Temperaturcharakteristik im Kollektorkreis diese Nachteile in gewissen Grenzen dadurch zu beseitigen, daß die Kollektorwechselspannung und damit auch die dem Emitter zuzuführende Rückkopplungsspannung in gewissen Grenzen konstant gehalten wird.

Gemäß der Erfindung kann ein mit einem Transistor ausgerüsteter Oszillator in seiner Arbeitsweise dadurch erheblich verbessert werden, daß im Rückkopplungskreis eine Amplitudenbegrenzung vorgesehen wird, wobei gleichzeitig der Rückkopplungskreis und der Verbraucher in Reihe hintereinandergeschaltet werden. Durch die Einführung einer vorzugsweise starren Amplitudenbegrenzung wird die Rückkopplungsspannung unabhängig vom Zustand des Verbrauchers und von den Gleichstromwiderständen des Transistors konstant gehalten, so daß auch die Belastung des frequenzbestimmenden Gliedes entsprechend festgehalten wird. Die Einordnung des Verbrauchers in den Rückkopplungskreis ist deshalb besonders vorteilhaft, weil der Innenwiderstand des Transistorausgangskreises im Vergleich zum Verbraucher so hochohmig ist, daß Verbraucher- und Rückkopplungskreis in ihrem Widerstand den Ausgangsstrom nur verhältnismäßig wenig beeinflussen können.

Um die genannten Aufgaben befriedigend zu lösen, wird in vorteilhafter Weise der Rückkopplungskreis vom Transistorausgang zum Transistoreingang aus der Hintereinanderschaltung von Verbraucher, Amplitudenbegrenzer und frequenzbestimmendem Glied gebildet.

Anordnung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen bestimmter Frequenz

unter Verwendung eines rückgekoppelten

Transistors

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 4

Dipl.-Phys. Dieter v. Sanden, München-Solln,
ist als Erfinder genannt worden

Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt das Prinzip einer Anordnung nach der Erfindung in sogenannter »Blockschaltbilddarstellung«. Die aus dem Verstärker 31, der, wie an Hand einer späteren Figur noch erläutert werden wird, im wesentlichen aus einem Transistor besteht, abzunehmende Ausgangsleistung wird im wesentlichen an den Verbraucher 32 und mit einem Rest über den Amplitudenbegrenzer 33 dem frequenzbestimmenden Glied 34 zugeführt. Das frequenzbestimmende Glied erhält hierdurch unabhängig von Änderungen des Verbrauchers oder des Verstärkungsgrades des Verstärkers nahezu konstante Wechselleistung zugeführt. Hierdurch wird dann die Belastung des frequenzbestimmenden Gliedes nicht geändert, was umgekehrt wiederum eine gute Frequenz-Stabilität des gesamten Oszillators zur Folge hat. Hierzu ist es allerdings notwendig, daß das frequenzbestimmende Glied selbst zwischen dem Amplitudenbegrenzer und dem Verstärkereingang eingeschlossen und somit vom Verbraucher und dem Verstärkerausgang entkoppelt ist.

Es sei erwähnt, daß bei einer derartigen Schaltung die an den Verbraucher abgegebene Leistung weitgehend oberwellenfrei ist. Die durch die Amplitudenbegrenzung erzeugten Oberwellen werden vom frequenzbestimmenden Glied ausgesiebt. Die Rückwirkung der nicht linearen Charakteristik des Amplitudenbegrenzereingangs kann durch geeignete Anpassung an den Innenwiderstand des Verstärkers unschädlich gemacht werden. Am Verbraucher selbst

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bleibt dann lediglich die geringe Oberwellenerzeugung des Verstärkers selbst. -■ ■

Die Zusammenhänge liegen natürlich etwas anders, wenn, was praktisch durchaus möglich ist, Verbraucher und Amplitudenbegrenzer mit frequenzbestimmendem Glied parallel zueinander angeordnet sind. Eine solche Parallelschaltung hat unter Umständen den Vorteil, auch die geringen von den — bei geeigneter Dimensionierung allerdings kleinen — Verstärkungsschwan-

lichkeitsgründen noch das Sendefilter eingezeichnet, das im allgemeinen einem derartigen Oszillator nachgeschaltet ist. Der Transistor 7 ist ebenso geschaltet, wie bereits an Hand der Fig. 2 erläutert wurde, wobei 5 in diese Schaltungsanordnung auch noch die Gleichstromkreise miteingezeichnet sind. Die Betriebsspannung für den Transistor selbst wird über die Klemmen KIl und Kl2 zugeführt. Die den Modulator und damit den Oszillator steuernden Telegraphiezeichen liegen

kungen des Transistors herrührenden Schwankungen io an den Klemmen K13 und Kl4. Der Oszillator ist der Ausgangsamplitude zu beseitigen, jedoch den über einen aus der Wicklung 12 eines Übertragers und Nachteil, daß die bei der Amplitudenbegrenzung ge- dem Widerstand 13 bestehenden Verbraucher über die bildeten Oberwellen an den Verbraucher abgegeben Speisebatterie rückgekoppelt. Die Amplitudenbegrenwerden. zung der Rückkopp lungs spannung erfolgt über die

Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt ein Ausführungs- 15 beiden Dioden 1 und 2. Die Kondensatoren 16,17 beispiel eines Oszillators nach der Erfindung, und dienen zur Gleichstromtrennung, und die im Emitterzwar in reiner Wechselstromschaltung. Die beiden kreis bzw. Rückkopplungskreis angeordneten WiderDioden I₃ 2 wirken zusammen mit dem Widerstand 3 stände 3 und 6 wirken gleichstrommäßig als Gegenais Amplitudenbegrenzer. Das aus den Wider- kopplung. Der durch die Widerstände 14 und 15 ständen 3,6 und dem Schwingkreis 4,5 gebildete 20 gebildete Spannungsteiler erzeugt aus der Gesamt-T-Glied bestimmt die Frequenz. Die Induktivität 5 ist speisespannung die Vorspannung für die Basis B des zugleich als Sparübertrager ausgebildet, um auf den Transistors 7. Die Wirkungsweise der gesamten Anniederohmigen Eingang des Transistors 7 anzupassen. Ordnung ist wie folgt:

Der in Basisschaltung betriebene Transistor 7 besitzt Die Induktivität 18 bildet zusammen mit dem

ein weitgehend lineares Kennlinienfeld, ist also klirr- 25 Kondensator 19 den frequenzbestimmenden Schwingarm. Von den mit dem Transistor in Reihe geschalte- kreis (4, 5 in Fig. 2). Bei negativer S teuer spannung, ten Widerständen ist der Entkopplungswiderstand 6 also dann, wenn an der Klemme Kl 3 eine höhere negagroß gegen den eingangsseitigen und der Verbraucher 8 tive Spannung liegt als an der Klemme Kl 4, werden klein gegen den ausgangsseitigen Wechselstromwider- die Richtleiter 20 und 21 ausgesteuert, die Richtleiter stand des Transistors. Infolgedessen wird der Strom 30 22, 23, 24 und 25 hingegen durch die am Widerstand durch den Verbraucher 8 praktisch allein durch die 26 abfallende Spannung gesperrt. Die Wicklung 27 Spannung an der Spule 5 und die Kurzschlußstrom- der Zusatzspule wird hierdurch dem Schwingkreis 18, verstärkung des Transistors bestimmt. Die Spannung 19 wechselstrommäßig parallel geschaltet, und die an der Spule ist ihrerseits durch die Diodenbegrenzung Oszillatorfrequenz steigt. Da die Wicklungshälften festgelegt, und die Kurzschlußstromverstärkung ist 35 28, 29 durch die Richtleiter 22 und 23 gegeneinander von der Betriebsspannung des Transistors und der aufgetrennt und durch die Richtleiter 24, 25 gesperrt Umgebungstemperatur weitgehend unabhängig. Somit sind, bleibt der Kondensator 30 in diesem Fall ergibt sich ein praktisch allein durch die Dioden- wirkungslos.

begrenzung bestimmter Strom durch den Ver- Bei positiver Spannung von Klemme Kl 3 zur Kl 4

"braucher 8, der infolge der Siebung durch den 40 hingegen werden die Richtleiter 20,21 gesperrt und Schwingkreis fast oberwellenfrei ist. die übrigen Richtleiter geöffnet. Damit ist die Wick-

. Als Dioden eignen sich besonders Siliziumdioden, da lung 27 der Zusatzspule abgeschaltet und der Kondendiese eine praktisch temperaturunabhängige Charakte- sator 30 zusammen mit den beiden Wicklungen 28 ristik haben. Vor allem ist es bei Verwendung von und 29 dem Schwingkreis parallel geschaltet. Der Siliziumdioden auf Grund deren doppelt geknickter 45 Scheinwiderstand der Wicklungen 28 und 29 ist groß Kennlinie sogar möglich, mit einer einzigen Diode für gegenüber dem des Kondensators 30; die genannte den Amplitudenbegrenzer auszukommen. Schaltungs- Parallelschaltung ist somit kapazitiv, und die Fretechnisch ist es jedoch einfacher, zwei gegeneinander- quenz des Oszillators sinkt entsprechend. Der Oszilgeschaltete Dioden zu verwenden. lator pendelt also je nach Art der Telegraphiezeichen

.- Bei anders aufgebauten Dioden, z. B. Selengleich- 50 von einer höheren zu einer niedrigeren Frequenz bzw. richtern, die eine temperaturabhängige Charakteristik umgekehrt.

haben, ist es, um die durch diese Abhängigkeit auf- Die Erfindung kann außer bei der FM-Telegraphie

tretenden Fehler auszugleichen, vorteilhaft, zusätzlich noch in der verschiedensten Weise angewendet werden. Schaltelemente in den Kreis einzubauen. Als der- So ist es beispielsweise ohne weiteres denkbar, einen artiges Kombinationselement kann beispielsweise, wie 55 Schwingungserzeuger nach der Erfindung in Fernin Fig. 2 angedeutet ist, ein Heißleiter 9 dem Wider- Steuergeräten, z. B. zum Fernmessen und zu ähnlichen stand 3 parallel geschaltet werden. Es ist aber auch Aufgaben, zu verwenden. Außerdem kann natürlich denkbar, zwischen die Anschlüsse 10 und 11 der auch der beschriebene Schwingungserzeuger ohne Dioden 1 und 2 eine Stabilisationszelle einzubauen, weiteres zum Einsatz in Nachrichtengeräten, die mit die auf Grund der an ihr konstant abfallenden Span- ⁶° Amplitudenmodulation arbeiten, vorgesehen werden, nung den Gleichrichtern eine konstante Vorspannung Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen

aufprägt und damit die Höhe der Amplitudenbegren- wurde der Transistor jeweils in Basis- (Emitter)-zung festlegt. Schaltung betrieben; selbstverständlich ist es auch

In der Fig. 3 ist als Beispiel eine Gesamtschaltung möglich, den Oszillator in einer anderen Betriebsart eines FM-Senders für Telegraphiezwecke dargestellt. 65 anzuordnen, z.B. in Emitter- oder Kollektorschaltung. Der Sender besteht im wesentlichen aus drei Ab- Auch die Anordnung des Schwingkreises selbst

schnitten, und zwar links in der Zeichnung ist der zur kann auf die verschiedenste Weise erfolgen. So ist es Frequenzumtastung des Oszillators verwendete Modu- keineswegs notwendig, wie als Beispiel beschrieben, lator dargestellt, in der Mitte der einen Transistor einen Parallel-LC-Kreis vorzusehen, sondern auch ein enthaltende Verstärker, und rechts ist aus Anschau- 70 Serienkreis kann ohne weiteres angeordnet werden,

wobei allerdings der Vorteil wegfällt, daß die Spule des Schwingkreises selbst als Sparübertrager verwendet werden kann.

Besonders eignet sich die beschriebene Schaltung auch dazu, einen Schwingquarz als frequenzbestimmendes Glied zu verwenden. Der Quarz wäre in diesem Fall zweckmäßig in der sogenannten ji-Schaltung zu betreiben, wobei der Quarz selbst als Längszweig und zwei Widerstände in den Querzweigen anzuordnen wären.

Es war bislang kaum möglich, mit einem mit einem Quarz zu versehenen Schwingungserzeuger, der mit nur einem Transistor ausgerüstet ist, eine ausreichende Frequenzkonstanz zu erzielen. Durch die Anordnung des Amplitudenbegrenzers gemäß der Erfindung wird nun diese Frequenzstabilität für alle praktisch vorkommenden Bedürfnisse erreicht.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen bestimmter Frequenz unter Verwendung eines rückgekoppelten Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Transistoreingang zugeführte Rückkopplungsspannung in ihrer Amplitude begrenzt ist und daß der Rückkopplungskreis vom Transistorausgang zum Transistoreingang aus der Hintereinanderschaltung von Verbraucher, Amplitudenbegrenzer und frequenzbestimmendem Glied besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor als Verstärker in Basisschaltung betrieben ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenbegrenzer aus mindestens einer, vorzugsweise aus zwei Dioden (Gleichrichtern, Richtleitern) besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Siliziumdioden.

5. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Anordnung zusätzlicher Schaltmittel, die auf Grund ihrer besonderen Strom-, Spannungsoder Temperaturcharakteristik die durch die Temperaturcharakteristik der Dioden entstehenden Fehler innerhalb der Gesamtschaltung wieder ausgleichen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Begrenzer ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (Heißleiter) und der Temperaturabhängigkeit der Dioden entsprechender Charakteristik angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzbestimmende Glied als T-Glied ausgebildet ist, in dessen Querzweig ein Parallel-LC-Kreis und in dessen Längszweige je ein ohmscher Widerstand geschaltet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule des Schwingkreises gleichzeitig als Sparübertrager ausgebildet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzbestimmende Glied mit einem Schwingquarz ausgerüstet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzbestimmende Glied als jz-Glied ausgebildet ist, in dessen Längszweig ein Schwingquarz und in dessen Querzweige je ein ohmscher Widerstand geschaltet ist.

11. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, zur Erzeugung frequenzmodulierter TeIegraphiezeichen durch jeweiliges vorzugsweise kontaktloses Umschalten des frequenzbestimmenden Gliedes.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 681 996.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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