Oszillator mit einem Feldeffekttransistor Die Erfindung betrifft einen Oszillator mit einem Feldeffekttransistor, der ausser einer isolierten Steuer elektrode eine Speiseelektrode und eine Austritts elektrode aufweist.
In den bekannten Oszillatoren mit Röhren- und Flächentransistoren haben die erzeugten Schwingun gen eine Tendenz zur Selbststabilisierung ihrer Am plitude. Beispielsweise schwingt in Röhrenoszillato- ren die Röhre zwischen der Sperrung des Anoden stroms und dem Auftreten von Gitterstrom. Wenn in einem derartigen Oszillator zwischen Gitter und Ka thode eine Gittervorspannung angelegt wird, stellt sich die örtlich durch Gittergleichrichtung erzeugte Gittervorspannung selbst auf jenen Punkt ein, an dem die Röhre zwischen der Sperrung des Anoden stroms und dem Auftreten von Gitterstrom arbeitet.
Dabei wird die Amplitude der Schwingungen durch die angelegte Gittervorspannung nicht wesentlich ver ändert. Ein ähnlicher Effekt wird beim Transistor oszillator erhalten, der zwischen der Sperrung und der Sättigung des Transistors schwingt, auch wenn die statischen Bedingungen in dem Emitter-Basis-Kreis des Transistors verändert werden. Oszillatoren mit Röhren- oder Flächentransistoren trachten daher, die Amplitude der Schwingungen trotz statischer Ver änderungen der Gittervorspannung oder des Emitter- vorstroms konstant zu halten.
Es sind zwar bereits Schaltungen zur Einstellung der Schwingungsamplitude eines gegebenen Oszilla- tors entwickelt worden, doch beeinträchtigen diese Schaltungen entweder die Funktion des Oszillators hinsichtlich der -Frequenzkonstanz und der Leistungs kapazität oder sie erfordern zusätzliche Schaltele mente, die den Oszillator verteuern und komplizier ter machen.
Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung eines verbesserten Oszillators, insbesondere eines Oszillators, dessen Schwingungsamplitude durch einen Vorspannungskreis festgelegt, eingestellt oder verändert wird, der als wirksames Element einen Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode um- fasst.
Der erfindungsgemässe Oszillator ist gekenn zeichnet durch Stromkreiselemente zur Verbindung der Speise,-, Austritts- und Steuerelektrode derart, dass der Transistor als wirksames Element des Oszil- lators arbeitet,
und einen Vorspannungskreis mit einer Gleichstromverbindung zwischen der Speise- und der Steuerelektrode zum Anlegen einer Vorspan- nung zwischen der Speise- und der Steuerelektrode zwecks Festlegung der Schwingungsamplitude des Oszillators.
Die Speise-, Austritts- und Steuerelektrode des Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode sind vorzugsweise so miteinander verbunden, dass der Transistor als selbsteinsetzender Oszillator arbei tet. Infolge des nachstehend erläuterten Vorgangs der Schwingungserzeugung bestimmt die zwischen der Steuer- und der Speiseelektrode angelegte Vorspan- nung (die auch eine Null-Vorspannung sein kann) die Schwingungsamplitude.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorspannung zwischen der Steuer- und der Spei seelektrode zur Steuerung der Schwingungsamplitude einstellbar sein. Ein derartiger Stromkreis ist in über lagerungsempfängern mit mehreren Frequenzbändern zweckmässig, in denen es für einen optimalen Betrieb vorteilhaft sein kann, bei verschiedenen Frequenz bändern mit verschiedenen Amplituden der erzeug ten Hilfsschwingungen zu arbeiten.
In einer anderen Ausführungsform der Erfin dung kann der Oszillator als Amplitudenmodulator arbeiten, indem man zwischen der Steuer- und der Speiseelektrode ein Modulationssignal anlegt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Feld effekttransistors, Fig.2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 in einem Schaubild eine Schar von Kur ven, die für verschiedene Vorspannungen zwischen der Steuer- und der Speiseelektrode des in Fig. 1 ge zeigten Transistors den Austrittsstrom als Funktion der Austrittsspannung darstellen.
Ferner zeigt das Schaubild Belastungskurven eines Oszillators beim Arbeiten mit verschiedenen Steuervorspannungen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemässen Oszillators, Fig. 5 bis 8 zeigen Kurven, welche die Wellenfor men der Austrittsspannung und des Austrittsstroms eines Oszillators nach Fig. 4 bei verschiedenen an den Transistor angelegten Steuervorspannungen darstel len.
Fig. 9 bis 15 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Oszillatoren.
In verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfin dung darstellenden Figuren bezeichnen gleiche Be zugszeichen ähnliche Bestandteile oder Merkmale.
Fig. 1 zeigt einen Feldeffekttransistor 10, der in den erfindungsgemässen Oszillatoren verwendet wer den kann und einen Körper 12 aus Halbleitermate rial besitzt. Der Körper 12 kann entweder aus einer Einkristallscheibe oder eine polykristallinen Scheibe bestehen. Er kann aus einem beliebigen der Halblei termaterialien hergestellt werden; die in der Halb leitertechnik zur Herstellung von Transistoren ver wendet wird. Beispielsweise kann der Körper 12 aus leicht dotiertem p-Silicium von 500-1000 Ohm-cm bestehen.
Bei der Herstellung des Transistors wird stark dotiertes Siliciumdioxyd auf der Oberfläche des Sili- ciumkörpers 12 abgelagert. Mit Hilfe eines photogra phischen Ätzgrundes und einer Säureätzung oder auf andere geeignete Weise wird das Siliciumdioxyd in dem Bereich, in dem die Steuerelektrode gebildet werden soll, und im Bereich der äusseren Ränder der Scheibe entfernt. In jenen Bereichen, die als Speise- und Austrittsbereiche ausgebildet werden sol len, bleibt das aufgebrachte Siliciumdioxyd unver ändert.
Dann wird der Körper oder die Scheibe 12 in einer geeigneten Atmosphäre, beispielsweise in Was serdampf, erhitzt, so dass die freiliegenden Silicium flächen oxydiert und dort gewachsene Siliciumdio- xydschichten gebildet werden, die in Fig. 1 leicht punktiert sind. Während der Erhitzung diffundieren Verunreinigungen aus der aufgebrachten Siliciumdio- xydschicht in den Siliciumkörper 12, so dass der Speise- und der Austrittsbereich gebildet werden, die in Fig. 2 mit S bzw. D bezeichnet sind.
Durch einen weiteren mit Hilfe eines photogra phischen Ätzgrundes und einer Säureätzung oder auf ähnliche Weise durchgeführten Vorgang wird das aufgebrachte Siliciumdioxyd von einem Teil des durch Diffusion gebildeten Speise- und Austrittsbe reichs entfernt. Durch Aufdampfen eines leitenden Materials mit Hilfe einer Aufdampfmaske werden Elektroden für den Speise-, Austritts- und Steuerbe reich gebildet. Das aufgedampfte leitende Material kann aus Chrom und Gold, in der angegebenen Rei henfolge, bestehen. Es können aber auch andere ge eignete Metalle verwendet werden.
Die fertige Scheibe ist in Fig. 1 gezeigt, in welcher der leicht punktierte Bereich zwischen dem Aussen rand und der ersten dunklen Zone 14 aus gewachse nem Siliciumdioxyd besteht. Die weisse Fläche 16 besteht aus der metallischen Speiseelektrode. Dunkle Zonen 14 und 18 bestehen aus aufgebrachtem Sili- ciumdioxyd über einem Teil des durch Diffusion ge bildeten Speisebereichs. Die dunkle Zone 20 besteht aus aufgebrachtem Siliciumdioxyd über einem Teil des durch Diffusion gebildeten Austrittsbereichs. Die weissen Flächen 22 und 24 stellen die metallische Steuer- bzw. Austrittselektrode dar.
Die leicht punk tierte Zone 28 stellt eine Schicht aus gewachsenem Siliciumdioxyd dar. Auf einem Teil dieser Schicht ist die Steuerelektrode 22 angeordnet. Die Schicht 28 isoliert die Steuerelektrode 22 von dem Silicium körpersubstrat 12 und von der Speise- und der Aus trittselektrode (Fig. 2). Die Siliciumscheibe ist gemäss Fig.2 auf einer leitenden Unterlage 26 montiert.
Die Schicht aus gewachsenem Siliciumdioxyd 28, auf der die Steuerelektrode 22 montiert ist, liegt über einer Umkehrschicht oder einem leitenden Kanal C, der strichliert dargestellt ist und den Speise- und den Austrittsbereich miteinander verbindet. Die Steuer elektrode 22 ist zu dem Speisebereich S hin versetzt, so dass der Abstand zwischen dem Speisebereich S und der Steuerelektrode 22 kleiner ist als der Ab stand zwischen der Steuerelektrode 22 und dem Aus trittsbereich D. Gegebenenfalls kann die Steuerelek trode die aufgebrachte Siliciumdioxydschicht 18 ober halb der Speiseelektrode ein wenig überlappen. Bis auf die Versetzung der Steuerelektrode ist der Transi stor symmetrisch.
Je nach der zwischen den Elektro den D und S angelegten Vorspannung kann jede von ihnen als Austritts- oder als Speiseelektrode arbeiten, und zwar arbeitet jene Elektrode, an der ein gegen über der anderen positives Potential liegt, als Aus trittselektrode und die andere Elektrode als Speise elektrode. Der vorstehend beschriebene Transistor hat zwi schen der Steuerelektrode und einer anderen Elek trode einen sehr hohen Eingangswiderstand, der bei Gleichstrom eine Grössenordnung von<B>1014</B> Ohm hat und von der Richtung der zwischen der Steuerelek trode einerseits und der Austritts- oder Speiseelek trode andererseits angelegten Spannung unabhängig ist.
Der Gleichstromwiderstand zwischen der Speise- und der Austrittselektrode des Transistors ist von der Richtung des Stromflusses unabhängig. Dieser Wider stand verändert sich mit der an die Steuerelektrode gegenüber der Speiseelektrode angelegten Spannung und hat eine Grössenordnung von mehreren hundert bis über tausend Ohm.
Fig. 3 zeigt eine Schar von Kurven 30-37, welche den längs der Ordinate aufgetragenen Austrittsstrom als Funktion der (längs der Abszisse aufgetragenen) Austrittsspannung des Transistors nach Fig. 1 für verschiedene Werte der Spannung zwischen Steuer- und Speiseelektrode darstellen. Ein Kennzeichen eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelek trode besteht darin, dass jede der Kurven 30-37 eine Nullvorspannungskennlinie sein kann.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel des Transistors wird bei einer Nullvorspannung zwischen der Steuer- und der Speiseelektrode die Kurve 30 erhalten. Nicht gezeigte Kurven, die über der Kurve 30 liegen, stellen gegenüber der Speiseelektrode positive Steuerelektro- denspannungen dar. Die Kurven 31-37 stellen gegen über der Speiseelektrode negative Steuerelektroden spannungen dar.
Die Lage der Nullvorspannungs- kurve wird während der Herstellung des Transistors durch die Wahl der Dauer und/oder der Temperatur des Verfahrensschritts festgelegt, in dem die gewach sene Siliciumdioxydschicht 28 gebildet wird.
Die Vorspannungskurve 37 entspricht im wesent lichen einem Austrittsstrom der Grösse Null, so dass bei einer negativen Vorspannung von 7 V oder mehr der Transistor als gesperrt angesehen werden kann. Die nicht gezeigten Kurven für zunehmend positivere Steuerelektrodenvorspannungen liegen immer näher beieinander und zeigen dadurch die Annäherung an die Stromsättigung dieses Innenleitweges an. Wenn die der Vorspannung Null an der Steuerelektrode des Transistors entsprechende Kurve einem relativ star ken Austrittsstrom entspricht, wird der Transistor als Erschöpfungstransistor bezeichnet.
Wenn dagegen die die Nullvorspannung darstellende Kurve einem relativ schwachen Austrittsstrom entspricht, wird der Transistor als Anreicherungstransistor bezeichnet.
Der Oszillator nach Fig. 4 besitzt einen Feldef- fekttransistor 10 mit isolierter Steuerelektrode. Dieser Transistor kann, wie vorstehend, anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben aufgebaut sein. Seine Speiseelek trode ist direkt geerdet. Der Austrittsbereich D ist über eine Induktivität 41 an den Pluspol einer Span nungsquelle 42 angeschlossen. Die Induktivität 41 ist mittels eines ihr effektiv parallelgeschalteten Kon- densators 44 auf die gewünschte Oszillatorfrequenz abgestimmt.
Die Belastung des Oszillators ist durch einen der Induktivität 41 parallelgeschalteten Wider stand 45 dargestellt. Es versteht sich, dass der Be lastungskreis des Oszillators auch an anderen Stellen kapazitiv oder induktiv mit dem Oszillatorkreis ge koppelt sein kann. Gegebenenfalls kann die Innen impedanz der Spannungsquelle 42 durch einen Kon densator 43 überbrückt werden, der für die Oszilla- torfrequenz eine niedrige Impedanz darstellt.
In dem Steuerelektrodenkreis ist ein auf die Oszillatorfre- quenz abgestimmter Parallelresonanzkreis angeord net, der aus einer Parallelschaltung eines Kondensa- tors 47 und einer Induktivität 48 besteht.
Eine Steuervorspannungsquelle wird durch eine Batterie oder eine andere Spannungsquelle 50 ge bildet, die mit einem Potentiometer 51 parallelge schaltet ist, dessen Mittelanzapfung geerdet ist. Das Potentiometer 51 besitzt einen einstellbaren Schleif kontakt, der für Gleichstrom durch die Induktivität 48 mit der Steuerelektrode G verbunden ist.
Dieser Stromkreis bildet einen Oszillator, der einen abgestimmten Austritts- und einen abgestimm ten Steuerkreis besitzt und Schwingungen mit einer Frequenz erzeugt, die durch die Abstimmung des Austritts- und des Steuer-Resonanzkreises bestimmt wird, während die Amplitude der Schwingungen durch die Vorspannung bestimmt wird, die von der Steuervorspannungsquelle 50-51 zwischen der Steu erelektrode G und dem Speisebereich S angelegt wird. Zwischen der Steuer- und der Austrittselektrode ist eine gewisse kapazitive innere Rückkopplung vor handen, die durch einen Rückkopplungskondensator 46 ergänzt wird.
Da der Innenwiderstand zwischen der Steuerelek trode und den anderen Elektroden des Feldeffekt transistors mit isolierter Steuerelektrode hoch und von der Polarität der zwischen ihnen angelegten Spannung unabhängig ist, wird der Oszillator durch den Steuerkreis nicht belastet, unabhängig davon, ob die Steuerelektrode gegenüber den anderen Elektro den positiv oder negativ ist, und besteht keine Ten denz zur Veränderung der angelegten Steuervorspan- nung durch eine Steuerelektrodengleichrichtung. Da die Spannung während des Betriebes des Oszillators von der Austrittselektrode kapazitiv zu der Steuer elektrode rückgekoppelt wird,
variiert die Steuer elektrodenspannung symmetrisch zu ihrer durch die Steuervorspannungsquelle 50-51 bestimmten Vor spannung.
Wenn die Steuervorspannungsquelle 50-5l in Fig. 4 auf eine Nullvorspannung der Steuerelektrode gegenüber der Speiseelektrode eingestellt ist, und die Spannungsquelle 42 etwa 10 V abgibt, arbeitet der Oszillator entsprechend einer Belastungskurve, bei spielsweise der in Fig. 3 gezeigten Kurve 52. Die an dem Belastungswiderstand 45 gemessene wellenför mige Spannung zwischen Speise- und Austrittselek trode ist in Fig. 5a längs der Ordinate und der wel lenförmige Austrittsstrom ist in Milliampere längs der Ordinate aufgetragen. In beiden Figuren ist die Zeit längs der Abszisse aufgetragen.
Bei einer Null- vorspannung an der Steuerelektrode schwingt die Austrittsspannung zwischen etwa<B>19,5</B> V und etwa 3,5 V, d. h. in einem Bereich von etwa 16 V von Spitze zu Spitze, während Strom in dem Speise- und Austrittselektroden-Kreis etwa während zwei Drittel einer Periode fliesst und ein Maximum von etwa 9 mA erreicht.
Wenn die Steuervorspannung auf -2,75 V verändert wird, beträgt der Bereich der Aus- trittsspannung von Spitze zu Spitze etwa 14,5 V, wie dies in Fig. 6a dargestellt ist, und fliesst der Aus trittsstrom etwas länger als eine halbe Periode und erreicht einen Höchstwert von etwa 7 mA (Fig. 6b).
Bei einer Steuervorspannung von -6 V schwankt die Austrittsspannung von-Spitze zu Spitze in einem Be reich von etwa 11 V (Fig. 7a) und fliesst der Aus- trittsstrom etwas länger als 2/s Periode, wobei er einen Höchstwert von etwa 5 mA erreicht (Fig. 7b). Bei einer Steuervorspannung von -6 V arbeitet der Oszillator auf der in Fig. 3 mit 53 dargestellten Be- lastungskurve.
Aus der Fig. 8 geht hervor, dass bei einer Steuer vorspannung von -I-4 V die Schwingungsamplitude von Spitze zu Spitze etwa 7 V beträgt (Fig. 8a) und Strom zwischen der Speise- und der Austrittselek trode während der ganzen Periode fliesst, wobei er in einem Bereich von etwa 3 mA variiert (Fig. 8b).
Es wurde festgestellt, dass die Amplitude der von dem in Fig. 4 gezeigten, mit einem Feldeffekttransi- stor mit isolierter Steuerelektrode .versehenen Oszil- lator erzeugten Schwingungen ein Maximum bei einer Steuervorspannung von etwa -0,5 V erreichte und auf niedrigere Werte zuging, wenn die Steuervor- spannung von diesem Wert in positiver oder negati ver Richtung verändert wurde.
Es wurde ferner fest gestellt, dass die durchschnittliche Austrittsstrom stärke bei einer Steuervorspannung von -2,75 V gleich blieb, unabhängig davon, ob der Oszillator Schwingungen erzeugte oder nicht. Bei stärker nega tiven Steuervorspannungen war die durchschnittliche Austrittsstromstärke bei schwingendem Oszillator hö her, als wenn die Schwingungen vollständig unter drückt waren.
Bei gegenüber -2,75 V positiven Steu- ervorspannungen war die durchschnittliche Austritts stromstärke bei schwingendem Oszillator kleiner als bei nichtschwingendem Oszillator.
Man erkennt, dass die Amplitude der Schwin gungen des in Fig. 4 gezeigten Oszillators eine Funk tion der Steuervorspannung ist. Es wird angenom men, dass die Steuerung der Schwingungsamplitude indirekt dadurch bewirkt wird, dass der Transistor zu den Grenzzuständen, wie Sperrung oder Sättigung, hin gesteuert wird. Bei einer Veränderung der Steuer vorspannung wird die Welle des Austrittsstroms in verschieden hohem Grade verformt, was anscheinend durch eine Sperrung und/oder Sättigung des Aus trittsstroms verursacht wird.
Die verformte Welle, die durch eine Fourier-Analyse definiert werden kann, enthält eine Komponente der Grundfrequenz des Oszillators. Bei einer Veränderung der Steuervor- spannung wird der Betrag der in der Austrittsstrom- welle vorhandenen Grundfrequenzkomponente ver ändert.
Wenn diese Grundfrequenzkomponente ihr Maximum erreicht, ist auch der Betrag der Rück kopplung zu dem Steuerkreis maximal, so dass die grösste Schwingungsamplitude erhalten wird. Der Steuerkreis ist kapazitiv mit dem Austrittskreis ge koppelt, und die in dem Steuerkreis erscheinende Spannungswellenform ist symmetrisch. Fig. 9 zeigt einen modifizierten Colpitts-Oszillator mit geerdeter Speiseelektrode.
Die Austrittselektrode D des in dieser Figur gezeigten Feldeffekttransistors 10 mit isolierter Steuerelektrode ist über eine Hoch frequenz-Drosselspule 55 mit dem Pluspol der Ar beitspotentialquelle 42 verbunden. Der Minuspol der Quelle 42 liegt über Erde an der Speiseelektrode S. Der Potentialquelle 42 ist ein Kondensator 57 paral- lelgeschaltet, der für die Oszillatorfrequenz eine ge ringe Impedanz hat.
Die Schwingungsfrequenz des Oszillators wird durch eine Reihenschaltung eines Kondensators 58 und einer Induktivität 59 zwischen der Austritts und der Steuerelektrode des Transistors 54 festgelegt. Diese Reihenschaltung stellt eine effektive Induktivi- tät dar, die der Reihenschaltung der zwischen der Austrittselektrode und Erde und der Steuerelektrode und Erde vorhandenen Eigenkapazitäten des Transi stors parallelgeschaltet ist.
Die Induktivität 59 ist einstellbar, um eine Abstimmung des Oszillators zu ermöglichen.
Die Steuerelektrode G ist über einen Trennwider stand 61 mit der Steuer-Gleichvorspannungsquelle 50 verbunden. Die Steuervorspannungsquelle 50 ähnelt der anhand der Fig.4 beschriebenen. Der Schleifkontakt 51 gestattet wieder eine Einstellung der Steuervorspannung zwecks Bestimmung der Schwingungsamplitude.
Der selbsteinsetzende Oszillator nach Fig.9 wurde mit Erfolg bei einer Frequenz von etwa 200 MHz betrieben und zeigte bei einer Veränderung der an die Steuerelektrode angelegten Gleichspan nung eine relativ starke Veränderung der Amplitude der erzeugten Schwingungen.
Fig. 10 ist ein anderer modifizierter Colpitts-Os- zillator mit geerdeter Austrittselektrode. In diesem Oszillator wird die Schwingungsfrequenz durch eine Induktivität 64 bestimmt, die zwischen der Steuer elektrode G und Erde liegt und den zwischen der Steuer- und der Speiseelektrode und der Speiseelek trode und Erde vorhandenen Eigenkapazitäten des Transistors parallelgeschaltet ist.
Wie in Fig. 9 ist die Austrittselektrode über eine Hochfrequenz-Drosselspule 55 mit dem Pluspol der Arbeitspotentialquelle verbunden. Ein Kondensator 67, der für die Oszillatorfrequenz eine kleine Impe- danz darstellt, hält die Austrittselektrode für Wech selstrom auf dem Erdpotential. Der Kondensator 57 gewährleistet, dass an dem Innenwiderstand der Ar beitspotentialquelle keine Oszillatorsignale entwickelt werden.
Die Speiseelektrode S liegt über eine Hochfre- quenz-Drosselspule 69 und einen Speise-Vorbeia- stungswiderstand 70 an Erde. Der Widerstand 70 ist für Oszillatorfrequenzen durch einen Kondensator 71 überbrückt.
In Fig. 10 wird die Schwingungsamplitude durch die Auslegung der Schaltung bestimmt. Durch ge eignete Wahl des Speise-Vorspannungswiderstandes 70 und der Spannung der Arbeitspotentialquelle 66 kann der durch den Transistor 63 fliessende Gleich strom auf einen gewünschten Wert gebracht werden.
Da der durch den Transistor von der Speise- zur Aus trittselektrode fliessende Strom auch durch den Wi derstand 70 fliesst, wird an diesem eine Spannung entwickelt, welche die Vorspannung zwischen Speise- und Steuerelektrode darstellt und damit die Schwingungsamplitude bestimmt. Durch Verände rung des Widerstandswerts des Widerstandes 70 kann die Schwingungsamplitude ohne weiteres verändert werden.
Damit der Oszillator nach Fig. 10 selbsteinset zend ist, muss er einen Feldeffekttransistor mit iso lierter Steuerelektrode besitzen, dessen Verstärkung bei Nullvorspannung zur überwindung der in der Schaltung auftretenden Verluste genügt. Beispiels weise kann die Nullvorspannungskennlinie des Tran sistors 63 der Kurve 30 in Fig. 3 entsprechen. über den geringen Ohmschen Widerstand der Induktivität 64 wird die Steuerelektrode für Gleichstrom auf dem Erdpotential gehalten. Der eine Pol der Spannungs quelle wird ebenfalls auf dem Erdpotential gehalten.
Wenn ein Anreicherungstransistor 10 verwendet werden soll, dessen Verstärkung bei einer Nullvor- spannung relativ klein ist, beispielsweise gemäss der Kurve 35 oder 37 in Fig. 3, kann man die Schaltung nach Fig. 11 verwenden, die einen modifizierten Col- pitts-Oszillator mit geerdeter Austrittselektrode dar stellt. Die Speiseelektrode S des Transistors 10 ist über die Hochfrequenz-Drosselspule 69 geerdet. Die Austrittselektrode D ist über einen die Spannung herabsetzenden Widerstand 72 an die Arbeitspoten- tialquelle 42 angeschlossen.
Durch einen Kondensa tor 74 wird die Austrittselektrode für Signale der Oszillatorfrequenz auf dem Erdpotential gehalten.
Die Steuerelektrode G ist über einen Gleich strom sperrenden Kondensator 76 mit der frequenz- bestimmenden Induktivität 64 verbunden und wird durch einen Spannungsteiler auf einer gewünschten positiven Vorspannung gegenüber Erde gehalten. Dieser Spannungsteiler besitzt zwei Widerstände 78 und 80, die der Arbeitspotentialquelle 42 direkt parallelgeschaltet sind. Die Steuerelektrode G wird durch den Spannungsteiler 78-80 auf einem solchen positiven Potential gehalten, dass der gewünschte Arbeitspunkt des Transistors 75 auf einer der oberen Kurven 35-37 in Fig. 3 erhalten wird.
Die Arbeitspo tentialquelle 42 bestimmt auch die Steuervorspan- nung. Zur Einstellung der Steuervorspannung und damit der Schwingungsamplitude ist der Widerstand 80 veränderlich.
Fig. 12 zeigt einen Oszillator mit geerdeter Aus trittselektrode, der als örtlicher Oszillator eines über- lagerungs-Signalempfängers, beispielsweise eines Fernsehempfängers, verwendet werden kann. Die Speiseelektrode S des Feldeffekttransistors 10 mit isolierter Steuerelektrode ist über eine Hochfrequenz- Drosselspule 69 geerdet. Die Austrittselektrode D ist über einen Widerstand 72 mit der Arbeitspotential quelle 42 verbunden.
Die Abstimmelemente des Oszillators weisen mehrere Induktivitäten 82 auf, die zwischen der Steuerelektrode und Erde hintereinandergeschaltet und mit Anzapfungen 83 versehen sind. Zwischen der Steuerelektrode und Erde sind ferner eine Feinem stell-Induktivität 84 und ein Kondensator 86 geschal tet.
Ein beispielsweise drehbares Kurzschlusselement, das von einer der Anzapfung 83 zur anderen be wegt werden kann, ermöglicht eine stufenweise Ab stimmung des Oszillators. Das drehbare Kurzschluss- element 85, die Induktivitäten und die Anzapfungen 83 können ähnlich ausgebildet sein wie in stufen schalterartigen Kanalwählern für Fernsehgeräte (wafer-switch type television tuners).
Zwischen der Steuerelektrode G und der Speise elektrode S ist im wesentlichen kein Gleichpotential vorhanden, weil die Drosselspule 69 und die Induk- tivitäten 82 und 84 nur geringe Widerstände für Gleichstrom darstellen. Daher hat der Transistor 10 bei Nullvorspannung eine solche Steilheit, dass der Oszillator selbsteinsetzend ist.
Um den Wirkungsgrad der Schwingungserzeu gung zu erhöhen, ist die Substratelektrode 12 direkt an die Speiseelektrode S angeschlossen.
Fig. 13 zeigt einen Oszillator, der als Speicher oder Modulator verwendet werden kann. Die Speise elektrode S des Transistors 10 liegt über die Hoch frequenz-Drosselspule 69 an Erde. Die Austrittselek trode D ist direkt mit dem Pluspol der Arbeitspoten- tialquelle 4.2 verbunden, deren Minuspol geerdet ist.
Zwischen der Steuerelektrode G und Erde sind eine Abstimminduktivität 64 und ein Sperrkonden sator 82 für Gleichstrom hintereinandergeschaltet. Die Abstimminduktivität 64 ist den zwischen Steuer- und Speiseelektrode und zwischen Speiseelektrode und Erde vorhandenen Eigenkapazitäten des Transi stors effektiv parallelgeschaltet und mit ihnen bei der Oszillatorfrequenz in Resonanz. Der Oszillator ar beitet daher als Colpitts-Oszillator mit geerdeter Austrittselektrode.
Parallel zu dem Sperrkondensator 76 für Gleich strom, d. h. zwischen der Induktivität 64 und Erde, ist eine amplitudenveränderliche Signalquelle 90 an geordnet, die eine grosse Innenimpedanz hat. Die RC-Zeitkonstante des Entladungsweges, der die Si gnalquelle 90, den Kondensator 76 und den Ein gangswiderstand des Transistors aufweist, ist sehr lang und kann eine Grössenordnung von mehreren Stunden haben.
Die Zeitkonstante des Ladekreises, der die Quelle 90 und den Kondensator 76 aufweist, ist kürzer als die Entladezeitkonstante. Das Anlegen eines Spannungsimpulses von der Signalquelle 90 an die Steuerelektrode G bewirkt daher zwischen der Steuerelektrode und der Speiseelektrode S das Auf treten einer Spannungsdifferenz, die eine Zeitlang aufrechterhalten wird. Diese Spannung bestimmt die Amplitude der Schwingungen, die von dem Oszillator erzeugt werden, so dass dieser als Speicher arbeitet.
Wenn von der Signalquelle 90 ein zweiter Spannungs impuls an die Steuerelektrode G angelegt und da- durch die Spannung zwischen Steuer- und Speiseelek trode verändert wird, führt dies zu einer entsprechen den Änderung der Schwingungsamplitude, die wäh rend eines Zeitraums, der von der RC-Entladezeit- konstante des Steuerkreises abhängig ist, auf dem neuen Wert verbleibt.
Die amplitudenveränderliche Signalquelle 115 kann auch ein Signal zur Amplitudenmodulation der von dem Oszillator erzeugten Schwingungen abgeben. Der Oszillator arbeitet dann als Modulator. In diesem Fall braucht die Entladezeitkonstante nicht so lang sein wie vorstehend angegeben.
Fig. 14 zeigt ein Schaltschema eines selbstschwin genden Wandlers. Eine von einer Antenne oder einer anderen geeigneten Quelle kommende, signalmodu lierte Trägerwelle wird über einen Kopplungstrans formator 91 an die isolierte Steuerelektrode G des Feldeffekttransistors 10 angelegt, dessen Speiseelek trode geerdet ist. Die Austrittselektrode D ist über eine Rückkopplungswicklung 92 und einen Zwi- schenfrequenz-Parallelresonanzkreis 93 mit dem Pluspol einer Arbeitspotentialquelle 42 gekoppelt.
Die Rückkopplungswicklung 92 ist mit einer In duktivität 95 gekoppelt, die mit einem veränderlichen Kondensator 96 auf eine Frequenz abgestimmt ist, die um einen Betrag, der dem zu erzeugenden Zwi- schenfrequenzsignal entspricht, über oder unter der Frequenz der empfangenen Trägerwelle liegt.
Gege benenfalls kann der Eingangskreis auf die Signal hochfrequenz durch einen nicht geeigneten, verän derlichen Kondensator abgestimmt werden, der mit dem Kondensator 96 zur gemeinsamen Verstellung gekuppelt ist. In dem Resonanzkreis 95-96 erzeugte Signale werden von einer Anzapfung der Induktivität 95 über die Sekundärwicklung des Kopplungstrans formators 91 an die Steuerelektrode G angelegt.
Diese Rückkopplungsspannung hat eine solche Phasenlage und Amplitude, dass sie die Schwingungserzeugung in dem Oszillator aufrechterhält. Die nichtlineare Wechselwirkung der signalmodulierten Trägerwelle und der örtlich erzeugten Oszillatorspannung in dem Transistor führt zur Erzeugung von überlagerungs- Seitenbandsignalen. Die Differenz- oder Zwischen frequenz-Seitenbänder werden durch den abgestimm ten
Zwischenfrequenzkreis 93 gewählt. Eine an den Zwischenfrequenzkreis 93 angelegte Induktionswick lung 97 legt die Zwischenfrequenzwellen an eine ge eignete Auswerteeinrichtung an, beispielsweise einen Zwischenfrequenzverstärker oder einen Demodulator.
Damit der Oszillator nach Fig. 14 selbsteinset zend ist, muss die Verstärkung des Transistors 10 zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Schwin gungserzeugung genügen. Um einen guten Wirkungs grad der Wandlung zu gewährleisten, soll der Transi stor jedoch längs eines nichtlinearen Teils seiner Übergangskennlinie arbeiten. Diese beiden Forderun gen stehen miteinander im Widerspruch. Man trifft daher einen Kompromiss, indem man den Arbeits punkt oder die Nullvorspannungs-Kennlinie des Transistors entsprechend der Kurve 33 oder 34 der Fig. 3 wählt.
Wenn die Nullvorspannungs-Kennlinie des Transistors keinen guten Kompromiss zwischen den Forderungen hinsichtlich der Schwingungserzeu gung und des Wirkungsgrades der Wandlung ergibt, kann natürlich durch Anlegen einer Gleichvorspan- nung an die Steuerelektrode G der notwendige Ar beitspunkt des Oszillators erzielt werden.
In dem in Fig. 15 gezeigten Oszillator liegt die Steuerelektrode G des Transistors direkt an Erde. Die Speiseelektrode S liegt über eine Hochfrequenz- Drosselspule 69 an Erde. Die Austrittselektrode D ist über eine Abstimminduktivität 103 mit dem Plus pol einer Arbeitspotentialquelle 42 verbunden, die für Signale überbrückt ist.
Dieser Oszillator stellt einen modifizierten Col- pitts-Oszillator dar, dessen Abstimmung durch die Induktivität 103 bestimmt wird, die der Reihenschal tung der Eigenkapazitäten zwischen der Austritts und der Speiseelektrode und zwischen der Speise elektrode und Erde vorhandenen Eigenkapazitäten des Transistors parallelgeschaltet ist. Gegebenenfalls kann die Kapazität zwischen der Austritts- und der Speiseelektrode durch einen eigenen Rückkopplungs kondensator<B>105</B> ergänzt werden.
Da in dem Oszillator nach Fig. 15 die Vorspan- nung zwischen der Steuer- und der Speiseelektrode im wesentlichen null ist, soll der Transistor 10 bei der Nullvorspannungs-Kennlinie eine Verstärkung haben, die zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Erzeu gung von Schwingungen in dem Oszillator genügt. Die Amplitude der erzeugten Schwingungen ist eine Funktion der Nullvorspannungs-Kennlinie des Tran sistors.
Aus diesem Grunde wird für diese Schaltung ein Transistor gewählt, dessen Vorspannungskennli- nie die gewünschte Ausgangsamplitude ergibt.