DE2929355C2

DE2929355C2 - Monolithisch bipolar-integrierte amplitudengeregelte Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE2929355C2
Application number: DE19792929355
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7803 Gundelfingen Achtstätter
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1979-07-20
Publication date: 1984-10-18
Also published as: DE2929355A1

Description

Aufgabe

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Oszillatorschaltung entsprechend dem Oberbegriff des An-Spruchs 1 so aufzubauen, daß die Regelcharakteristik bei Realisierung der Schaltung in monolithischer Bipolartechnik möglichst linear ist.

Diese Aufgabe wird mittels der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
J5 Eine Weiterbildung ist in Anspruch 2 angegeben.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt, teilweise nach Art eines Blockdiagramms, die Schaltung eines Ausfüh-ungsbeispiels und

F i g. 2 zeigt, teilweise nach Art eines Blockdiagramms, das Schaltbild einer weitergebildeten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist der Operationsverstärker 1 gezeigt, zwischen dessen Ausgang 19 und dessen invertierendem Eingang 11 der frequenzbestimmende Kreis 7 liegt, der in F i g. 1 als /?C-Doppel-T-Glied ausgebildet ist, das über die entsprechenden äußeren Anschlüsse 11', 19' an die integrierte Schaltung angeschlossen ist. Am Ausgang 19 des Operationsverstärkers liegt die Gleichrichterstufe 5 mit dem zugehörigen Siebglied 6. Die Gleichrichterstufe 5 besteht aus dem Transistor 75, der über den zwischen dem Ausgang 19 des Operationsverstärkers 1 und dem Bezugspotential liegenden Spannungsteiler Λ 51, /?52 an seiner Basis angesteuert wird und dessen Kollektor an der Betriebsspannung Ub liegt. Der Ausgang 59 der Gleichrichterstufe 5, an den über die Klemme 59' das RC-GWed Cb, R 6 angeschlossen ist, liegt am nichtinvertierenden Eingang 22 des Komparatorverstärkers 2. Hierbei handelt es sich im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ebenfalls um einen Operationsverstärker, an dessen invertierendem Eingang die aus der Betriebsspannung Ub mittels des Spannungsteilers R 21, R 22 abgeleitete und über den Vorwiderstand R 23 sowie den T^ransistor Γ21 zugeführte Referenzspannung Uref liegt. Der Kollektor des Transistors Γ21 liegt

an der Betriebsspannung Ub, seine Basis am Abgriff des Spannungsteilers R 21, R 22 und sein Emitter am Widerstand R 23; dieser dient der Temperaturkompensation. Zwischen dem invertierenden Eingang 21 und dem Ausgang 29 des Komparatorverstärkers 2 liegt ferner der Widerstand Λ 24.

Am Ausgang 29 entsteht somit in Abhängigkeit von der Amplitude des am Ausgang 19 des Operationsverstärkers 1 entstehenden Signals eine Gleichspannung, die weitgehend linear von der Amplitude abhängig ist. Diese Gleichspannung liegt am Eingang 31 des Spannungs-Strom-Wandlers 3, der im AusfOhrungsbeispiel nach F i g. 1 aus der Stromübersetzerschaltung mit den Transistoren 7*31, 7*32 und aus dem den Ausgangsstrom Ir bestimmenden Widerstand R 3 besteht. Bei den Transistoren 7*31, T32 handelt es sich um pnp-Transistoren, die mit ihren Emittern an der Betriebsspannung Ub liegen und deren Basen miteinander verbunden sind. Der Transistor 7*31 ist ferner durch die gezeigte direkte Verbindung von Basis und Kollektor als Diode betrieben. Der Widerstand R 3 bestimmt in Abhängigkeit von der Gleichspannung am Ausgang 29 des Komparator-Verstärkers 2 den im Transistor 7*31 fließenden Strom, der, als Ausgangs- bzw. Regelstrom Ir entsprechend übersetzt, am Ausgang 39 entnommen werden kann. Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich dabei durch Wahl der Basis-Emitter-pn-Übergangsfläche der beiden Transistoren 7*31, 7*32.

Der Regelstrom Ir wird nun in der spannungsgesteuerten Stufe 4 hinsichtlich seiner Polarität bezüglich eines konstanten Werts so umgeformt, daß der am Ausgang 49 entnehmbare Strom / im Takt der Oszillatorfrequenz um diesen Mittelwert rechteckförmig schwankt. Dazu ist der aus den Transistoren 7*41, 7*42 bestehende Differenzverstärker vorgesehen, dessen Emitterkreis der Regelstrom Ir über den Stromeingang 42 zugeführt ist. In den Kollektorkreisen der beiden Transistoren Γ41, Γ42 liegt die aus den Transistoren 743, Γ44 bestehende Stromübersetzerschaltung, während die Basis des Transistor« 7*41 als Spannungseingang 41 dient, der am Ausgang 19 des Operationsverstärkers 1 liegt. Bei der im Ausführungsbeispiel der Fi g. 1 gewählten Polarität der Betriebsspannung Ub sind die Transistoren 7"41. 7"42 wiederum pnp-Transistoren, dagegen die Transistoren 7*43, 7*44, ebenso wie der Transistor der Gleichrichterstufe 5 und Transistor 72V npn-Transistoren. Der Ausgang 49 der spannungsgesteuerten Stufe 4 liegt an Basis und Kollektor des Transistors 7"42, die direkt miteinander verbunden sind.

Der pulsierende Strom /ist dem nichtinvertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers 1 zugeführt, wobei mittels des im Vergleich zum Eingangswiderstand des Operationsverstärkers 1 niederohmigen Widerstandes R 13 bewirkt wird, daß aus dem pulsierenden Strom /die vom Operationsverstärker 1 zu verarbeitende pulsierende Spannung U wird. Der Arbeitspunkt am nichtinvertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers 1 ist dabei durch den Spannungsteiler All, R 12 eingestellt, an dessen Abgriff der Widerstand R 13 liegt, wobei am Abgriff etwa die Hälfte der Betriebsspannung Ub t>o auftritt.

In F i g. 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildung gezeigt. Das Schaltbild der Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem der Fig. 1, so daß gleiche Bauteile in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Die Weiterbildung besteht in F i g. 2 darin, daß die Anlaufhilfe-Stufe 8,9 vorgesehen ist. die einen dem Ausgangsstrom des Spannungs-Strovn-Wandlers 3 proportionalen Strom in der Gleichrichterstufe 5 vorgibt. Hierzu ist zwischen den Ausgang 29 des Komparatorverstärkers 2 und den Eingang 31 des Spannungs-Strom-Wandlers 3 die weitere Stromübersetzerstufe 8 aus den Transistoren 7*81, T82 geschaltet, die ihrerseits wiederum die Stromübersetzerstufe 9 mit den Transistoren Γ91, Γ92 steuert Der Kollektor des Transistor 7*92 liegt als Ausgang der Stromübersetzerstufe 9 am Kollektor des Transistors 7*5. In Fig.2 sind die Transistoren 7*91, Γ92 pnp-Transistoren und die Transistoren 7*81, 7*82 npn-Transistoren. Es gilt also allgemein in den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 und 2, daß die Transistoren der Stufen 3 und 9 sowie die Transistoren 7*41, 7*42 der Stufe 4 zu den Transistoren der Stufen 5 und 8 sowie zu den Transistoren Γ43, Γ44 der Stufe 4 komplementär sind.

Durch die entsprechend der Erfindung vorgenommene Umwandlung der der Amplitude des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 1 linear entsprechenden Regelspannung in den Regelstrom Ir, durch die vorgenommene Aufschaltung des der i;hwingirequenz entsprechenden Signals in der spannung^gesteuerten Stufe 4 und durch die Rückwandlung dieses Stromes über den Widerstand R 13 in die Steuerspannung U ergibt sich die beabsichtigte lineare Regelkennlinie in Verbindung ..'jit der Realisierbarkeit der Oszillatorschaltung in einheitlicher Halbleitertechnik, nämlich der monolithischen Bipolartechnik.

Die amplitudengeregelte Oszillatorschaltung nach der Erfindung ist besonders für niederfrequente Oszillatorschaltungen im Bereich von 100 Hz bis 1 kHz geeignet. Die Erfindung kann bevorzugt als Pilctton-Oszillator von Funksprechgeräten verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Monolithisch in Bipolartechnik integrierte amplitudengeregelte Oszillatorschaltung mit einem Operationsverstärker (1), zwischen dessen einem Eingang (11) und dessen Ausgang (19) ein nichtintegrierter frequenzbestimmender Kreis (7) als Gegenkopplungszweig liegt und mit dessen anderem Eingang (12) der Ausgang eines amplitudengeregelten Mitkopplungskreises in Verbindung steht, der aus einer am Ausgang (19) des Operationsverstärkers (1) liegenden Gleichrichterstufe (5) mit nichtintegriertem Siebglied (6) und einem die erzeugte Gleichspannung mit einer Referenzspannung vergleichenden Komparatorverstärker (2) besteht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— am Ausgang (29) des Komparatorverstärkers (2) liegt der Eingang (31) eines Spannungs-Strom->Yandlers(3),

— der Ausgang (19) des Operationsverstärkers (1) ist mit dem Steuereingang (41) einer spannungsgesteuerten 3tufe (4) zur derartigen Polaritätsumformung des Ausgangsstroms (Ir) des Spannungs-Strom-Wandlers (3) bezüglich eines konstanten Wertes verbunden, daß der am Ausgang der Stufe (4) entnehmbare Strom (I) im Takt der Oszillatorfrequenz um den konstanten Wert als Mittelwert rechteckförmig schwankt, von welcher Stufe (4) der Stromeingang (42) am Ausgang (39* des Spannungs-Strom-Wandlers (3) und der Ausgang (49) am anderen Eingang (12) des Operationsverstärkers-, I) liegt, und

— ein im Vergleich zur·· F.ingangswiderstand des Operationsverstärkers (1) i..ederohmiger Widerstand (R 13) verbindet dessen anderer Eingang (12) mit einer Gleichspannung die etwa die Hälfte der Betriebsspannung (Ub) entspricht.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anlaufhilfe-Stufe (8,9), die einen dem Ausgangsstrom (Ir) des Spannungs-Strom-Wandlers (3) proportionalen Strom der Gleichrichterstufe (5) zuführt.

Die Erfindung betrifft eine monolithisch in Bipolartechnik integrierte amplitudengeregelte Oszillatorschaltung mit einem Operationsverstärker entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

In eiern Buch von F. Bergtold »Schaltungen mit Operationsverstärkern«, Band 2, 1973, Seiten 44 bis 60 sind Oszillatorschaltungen mit Operationsverstärkern beschrieben, wovon die Schaltung nach Bild 15 auf Seite 54 diejenige ist, von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht. Der Operationsverstärker ist dabei ein monolithisch integrierter Verstärker, während die im Mitkopplungskreis liegende Teilschaltung zur Amplitudenregelung aus diskreten Bauelementen besteht. Das steuernde Element im Mitkopplungskreis ist dabei ein Feldeffekttransistor, der als steuerbarer, jedoch nichtlinearer Widerstand wirkt.

Eine vergleichbare, jedoch nicht monolithisch bipolar-integrierte Schaltung ist ferner aus der DE-OS 15 41 391, Fig. 2 bekannt. Dabei ist mit einem der Eingänge des hier ebenfalls vorhandenen Operationsverstärkers ein Widerstand verbunden, der über einen weiteren Widerstand am Bezugspotential (Schaltungsnullpunkt) liegt Mit dem anderen Eingang des Operationsverstärkers ist ein von einem Feldeffekttransistor gebildeter variabler Widerstand verbunden, der Teil eines auch einen Serienkondensator enthaltenden Spannungsteilers ist Der Feldeffekttransistor wird vom Ausgang eines im Rückkopplungsweg liegenden Differenzverstärkers im Sinne der Ampiitudenkonstanz der Ausgangsschwingung der Oszillatorschaltung angesteuert

Aus der DE-OS 21 54 869 ist ferner eine ebenfalls b'polar-integrierte Oszillatorschaltung mit einem Operationsverstärker bekannt Dabei ist ein Ausgangskreis vorgesehen, der einen Differenzverstärker mit zugehöriger Ansteuerung über eine cascodeartige Stufe enthält.

Die Übereinstimmung dieser bekannten Anordnungen mit dem Gegenstand der Erfindung gehl somit nicht über die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 hinaus.