NO814087L - Styrbar oscillator - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en kontrollerbar eller styrbar

oscillator.

En form for kontrollerbar oscillator er den spenningskon-trollerte oscillator (V.CO.) : (voltage controlled oscillator) som man gjør utstrakt bruk av i fase-låste sløyfer..

En kjent form av spenningskontrollert oscillator er den astabile multivibrator som er beskrevet i "Electronics", 11. september 1980, på sidene 124 til og med 130.

I den astabile multivibrator er oscillatorfrekvensen kon-trollert av forholdet mellom del-strømmer i de to halvdelene av multivibrator-kretsen.

Et problem ved denne type kjente kretser er at den har en operasjons-frekvens som er sterkt temperaturavhengig og det er nødvendig, i mange tilfeller, å bruke relativt komplekse, tem-peraturavhengige kompensasjons-kretser for å oppnå nødvendig temperåturstabilitet av operasjonsfrekvensen.

Denne oppfinnelsen har til hensikt å skape en kontrollerbar oscillator som reduserer dette problem.

Ifølge denne oppfinnelse er det anordnet en kontrollerbar oscillator, omfattende ladnings-lagre-anordning, en komparator for å sammenligne to signaler, hvorav ett er avhengig av ladningstilstanden av ladnings-lagre-anordningen, og det andre er et referansesignal. Komparatoren kobles slik at den kontrollerer ladning og utladning av ladnings-lagre-anordningen, avhengig av den relative styrken av de to signalene, for å frembringe et oscillerende signal.

Ladnings-lagre-anordningen kan være en kondensator. Komparatoren kan være ordnet for å styre strømmen som kontrollerer ladning og utladning av ladnings-lagre-anordningen.

Komparatoren kan være effektiv for å styre strømmen gjennom de respektive strøm-spei1-kretser for å. lade og utlade 'ladnings-lagre-anordningen.

Komparatoren kan inkludere en differensial-forsterker som

. sørger for en utgangsstrøm fra en eller annen av to utganger, relativ til den styrken de to signalene har.

Differensial-forsterkeren kan være formet av to strøm-bryter-anordninger som er ordnet for å skifte en felles strøm til en eller annen av de to utgangene.

Strøm-bryter-innretningen kan være transistorer som blir matet fra en felles del-strøm.

Man kan sørge for en kontrollanordning som kontrollerer fellesstrømmen, og derved kontrollerer oscillatorfrekvensen

på oscillatoren..

De to signalene kan bli matet til de respektive innganger av komparatoren ved hjelp av en signal-følgekrets, som kan være en transistor, koblet som emitter-følger- (emitter follower) krets.

En anordning kan kontrollere styrken av refereanse-signa-let, i avhengighet av om ladnings-lagre-anordningen blir ladet eller utladet.

Anordningen for å kontrollere styrken, av referanse-signa-let kan inkludere ennå en komparator, ordnet for å sammenligne de to signalene i parallell med den førstnevnte komparator,

og som har en utgang til å kontrollere styrken av refereanse-s i gnålet.

Den andre komparatoren kan inneholde en annen differensiål-forsterker til å skifte strøm mellom en eller annen av to veier, hvorav den ene er koblet for å kontrollere styrken av referansesignalet.

Strøm kan mates via en strømstyrt krets som kan være et strøm-speil (current mirror), for å kontrollere, styrken av referansesignalet.

Referansesignalet kan være et referanse-potensial, og kan dannes ved å sende strøm gjennom en motstand.

Refereansepotensialet kan styres til å anta en annen ver-di ved å kortslutte motstanden.

Et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til tegningene som illustrerer en kontrollerbar oscillator i overensstemmelse med denne oppfinnelsen.

Den viste kretsen inkluderer en ladnings-lagre-anordning

i form av en kondensator 1 som er koblet mellom et referanse-potensial 2 og et kretskoblingspunkt 3. En transistor Tl, som er koblet som en emitter-følger har basen 4 koblet til kretskoblingspunktet'3, og en emitter 5 som mater en inngang på en komparatorkrets.

Komparatorkretsen består av transistorer T3 og T4, koblet som en .differensial-forsterker og har emitterne 6 og 7 koblet sammen, og til en regulerbar strømkilde 8. Transistoren T3 har basis 9 koblet til emitteren 5 på transistoren Tl for å danne en inngang på komparatoren.

En annen inngang til komparatoren blir tilført et referansesignal i form av et referansepotensial som er utledet fra en motstand 10 som har en terminal koblet til referansepotensialet 2, og en annen terminal koblet til et koblingspunkt 11 som er koblet til en strømkilde 12.

Koblingspunktet 11 er koblet til basis 12 av transistoren T2 som, i likhet med transistor Tl, er koblet som en emitter-følger og har emitteren 13 koblet til basen 14 av transistoren T4, for å sørge for en referansepotensial-inngang til kompara-- toren.

Transistoren T3 har en kollektor 15 som mater en strøm-styrekrets i form av et strøm-speil, som utgjøres av transistorene T7 og T8 av motsatte ledningsevne-typer, til transistoren T3.

Transistoren T7 og T8 har kollektor-strøm-veier 16 og 17 som er koblet parallelt med hverandre, og har emitterne koblet til referansepotensialet 2.

Transistorene T7 og T8 har sammenkoblede basis 18 og 19.

Basis 18 på transistoren T7 er krysskoblet til sin kollektor-strøm-vei 16.

Strømmen som flyter i strømveien 17 på transistor T8 er styrt ved hjelp av en annen strøm-styringskrets, som også har form av et strøm-speil, som består av transistorene T9, T10 og Til med motsatt ledningsevne-type i forhold til transistorene T7 og T8.

Strømmen som flyter i kollektor-strøm-veien 17 i transistor T8, flyter inn i kollektoren 20 på transistor T9 som har fellesbasis-kobling 21 med transistoren T10. Transistoren har en kollektor 22 som er koblet til kretskoblingspunktet 3, og emitterne fra begge transistorene T9 og 1,0 er koblet til et referansepotensial 23.

Transistoren Til er koblet mellom felles-basis-punktet 21 og kollektoren 20 på transistor T9.. Basis 24 til transistor Til er koblet til kollektor 20 på transistor T9, men emitteren 25 til transistor Til er koblet til felles-basis-koblingen 21.

Transistoren T4 mater en kollektor-strøm-vei 26,. og strøm som flyter den veien 26 er styrt ved hjelp av en strøm-speil-krets som dannes av transistorer T12 og T13. som begge har mot-

satt ledningsévnetype til transistor T4.

Transistoren T12 her en kollektor 27 koblet til kollektor 26 på transistor T4, og basis 28 koblet til basis 29 på transistor T13. Basis og kollektor 28 og 27, tilhørende transistor T12 er koblet sammen, og kollektor 30 på transistor T13 er koblet til kretspunkt 3. Emitterne på begge transistorer T12 og T13 er forbundet med referansepotensialet 2.

Under drift vil transistorene T3 og T4 som danner differensial-forsterker-komparatoren, dele strømmen som mates fra strømkilden 8,bg en av disse transistorene vil være slått

"på" mens- den andre er slått "av", avhengig av den relative styrken av potensialene ved koblingspunktene 3 og 11, og disse potensialene blir matet til komparatoren gjennom de respektive emitter-følger-transistorene Tl og T2.

Anta at transistor T3 er slått på• slik at strømmen flyter i kollektor 15 på transistor T3 og gjennom kollektor-strøm-veien 16 på transistor T7.

Strøm-speil-kretsen som er formet av transistorene T7 og T8, styrer strømmen som flyter gjennom transistoren T3 og inn i kollektor-strøm-veien 17 på transistor T8, og denne strømmen er igjen styrt av strøm-speil-kretsen som er formet av transistorene T9, T10 og Til, gjennom kollektor-strøm-veien 20 på transistoren T9 og inn i kollektor-strøm-veien 22 på transistor T10 frem til koblingspunktet 3.

Siden transistoren T3 er slått på og T4 er slått av, er også transistorene T12 og T13 som danner et strøm-speil koblet til kollektor 26 på transistor T4, slått av, slik at strømmen som flyter i kollekforveien 22 på transistor T10 inn i koblingspunktet 3 vil effektivt lade kondensator 1 som også er koblet til. dette koblingspunkt 3.

Mens komparatoren 1 lader seg, flyter det også strøm gjennom motstanden .10 som er matet fra strømkilden 12, og potensialet ved koblingspunktet 11 vil derfor bli relativt lavt. Potensialet ved koblingspunkt 3 som vil være høyt til å begynne med på grunn av transistor T13 som er slått av, vil reduseres lineært etterhvert som kondensator 1 blir ladet gjennom tran- • sistoren T10.

Når potensialet 3 faller under verdien av potensialet i koblingspunkt 11, vil di fferensial-forsterkeren skifte slik at strømmen som mates fra strømkilden 8 vil flyte gjennom tran sistoren T4 som fører til at transistor T2 blir slått på, mens transistorene Tl og T3 slåes av. . Når transistorene Tl og T3 slåes av, vil også transistorene T7, T8, T9, T10 og Til slåes av, slik at kondensatoren 1 ikke lenger blir ladet. Men transistorene T12 og T13 vil på dette tidspunkt slåes på, slik at kollektor-strømmen som følger i kollektor 26.på transistoren T4 vil bli styrt av strøm-speil-kretsen som er formet av transistorene T12 og T13, og-vil flyte gjennom kollektoren 30 på transistor T13. Kondensator 1 vil nå utlade seg gjennom transistor T13, og potensialet ved koblingspunktet 3 vil begynne å stige igjen.

Når differensial-forsterkeren skifter slik at transistoren T3 slåes av og transistor ,T4 slåes på, vil den andre delen av osci.llator-kretsen som nå skal beskrives, tre i aksjon.

Denne andre delen inkluderer ennå en komparator i form av en differensial-forsterker koblet parallelt med komparatoren som formes av transistorene T3 og T4. Differensial-forsterkeren har transistorene T5 og T6 med sammenkoblede emittere som er matet med en felles strøm fra en strømkilde 31. Basis på

, transistor T5, 32, er tilkoblet til basis 9 på transistor T3, og kollektor 33 er koblet til et referansepotensial 34.

Likeså har transistor T6, basis .35 , koblet til basis 14. på transistor T4 og mater kollektorstrøm over kollektor-strøm-veien 36 og gjennom en strømstyrt krets til koblingspunktet 11.

Strøm-styrings-kretsen er en annen strøm-speilkrets, formet- av transistorene T14 og T15, og er av den motsatte ledningsevne- typen av transistor T4, og disse transistorene er koblet som en strøm-speilkrets på eksakt samme måte som transistorene T7 og T8. Transistoren T14 har kollektoren koblet til kollektor-strøm-veien 36 på transistor T6, mens transistoren T15 er koblet for å mate koblingspunktet 11, og basis og kollektor på transistor T14 er koblet sammen.

Under den perioden hvor kondensator 1 ble ladet fra strøm. som gikk gjennom transistoren T3, var transistor T5. på den tid-ligere komparator ledende, men dens kollektor-strøm ville ikke influere på kretsens virkemåte siden kollektor 33 er koblet til referansepotensialet 34. Når derimot komparatoren skifter slik

at transistor T4 leder, vil også transistor T6 begynne å lede strøm, og dens kollektor-strøm som følger i kollektor-strøm-veien 36, vil styres av strøm-speilkretsen som er formet av

transistor Tl4 og T15 til koblingspunktet 11, og dette vil effektivt kortslutte motstanden 10 som er koblet mellom koblingspunktet 11 og referanse-potensialet 2. Når så transistorene T3 og T4 skifter over, vil derfor potensialet på koblingspunktet 11 stige svært hurtig.

Som det allerede er beskrevet vil under utladningen av kondensator 1, potensialet i koblingspunktet 3 stige lineært, og denne stigningen vil fortsette til potensialet i koblingspunktet 3 stiger over den nye høye verdien som viser seg ved koblingspunktet 11, og det fører til skifting i transistorene

T3 og T4. Ved dette tidspunkt vil transistorene T3 og T4 skifte over slik at transistor T3 blir ledende, og transistor T4 sammen med transistorene T2, T12, T13; T14 og T15 vil. slåes av, og operasjonen vil gjenta seg.

Kretsen vil derfor oscillere og vil sørge for et oscillatorsignal ved koblingspunkt 3, som har bølgeform som et tri-angel, og ved koblingspunkt 11 et oscillatorsignal som har form som en rektangulær bølge.

For å kontrollere frekvensen på oscillatoren kan man justere strømmen ved strømkilden 8, og da den strømmen sørger for ladnings-strømmen til kondensator 1, vil den bestemme lad-ningstiden for kondensatoren og dermed tiden det tar kretsen å skifte over.

Kretsen er temperaturstabi1 fordi den er fullstendig symmetrisk. Hvilken som helst feil, som følge av temperaturen i den delen av kretsen som lader transistoren, blir kompensert av lignende feil i den delen hvor kondensatoren utlader seg og referansesiden i kretsen.

Analysen antar at basis-strømmen gjennom emitter-følger-transistorene Tl og T2 er neglisjerbar, men hvis det ikke skulle være tilfelle, så kunne det oppstå en variasjon i frekvensen med temperaturen på grunn av temperaturavhengigheten av. basis-strømmen til disse transistorer. Dette kan man imid-lertid relativt enkelt kompensere for ved å tilføre en ekviva-lent strømøkning'i basis-kretsene til disse transistorer.

Kretsen som er beskrevet under henvisning til tegningen er bare et eksempel,og modifikasjoner kan gjøres uten å komme utenfor rammen av denne oppfinnelsen. F.eks. har ladnings-innretningen vært fremstillet i form av en kondensator. Det

er ikke nødvendig. Enhver passende ladnings-innretning kan benvttes.

Claims (13)

1. Kontrollerbar oscillator som omfatter en ladnings-lagre-anordning, en komparator for å sammenligne to signaler, hvorav det ene er representativt for ladningstilstanden til ladnings-lagre-anordningen, og det annet et referansesignal, hvor komparatoren er innrettet til å kontrollere ladning og utladning av ladnings-lagre-anordningen, avhengig av den relative styrken av de to signalene for å frembringe et oscillerende signal.

2. Oscillator ifølge krav 1, karakterisert ved at ladnings-lagre-anordningen er en kondensator.

3. Oscillator ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at komparatoren er innrettet til å styre strøm • for kontroll av ladning og utladning av ladnings-lagre-anordningen.

4. Oscillator ifølge krav 3, karakterisert ved at komparatoren effektivt styrer strømmen gjennom de respektive strøm-speil-kretser for å lade og utlade ladnings-lagre-. anordningen.

5. Oscillator ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at komparatoren inkluderer en differensial-forsterker som sørger for en utgangsstrøm fra en eller annen av to utganger i avhengighet av den- relative styrken av de to signalene.

6. Oscillator ifølge krav 5, karakterisert ved. at dif ferensial-forsterkeren består av to strømsvitsje-anordninger innrettet til å svitsje en felles strøm til en eller annen av de to utgangene.

7. Oscillator ifølge krav 6, karakterisert ved at strømsvitsje-anordningene er transistorer som mates med en felles strøm (common tail current).

8. Oscillator ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at det er sørget for en styring til å kontrollere styrken av den felles strøm for å kontrollere oscillatorfrekvensen på oscillatoren.

9. Oscillator ifølge et av foregående krav, karakterisert ved at de to signalene blir matet til respektive innganger på komparatoren ved hjelp av hver sin signal-følge-krets.

10.. Oscillator ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved . en anordning til å kontrollere styrken av referansesignalet avhengig av om ladnings-lagre-anordningen blir ladet eller utladet.

11. Oscillator ifølge krav 10, karakterisert ved at anordningen til å kontrollere styrken av referansesignalet inkluderer en annen komparator innrettet til å sammenligne de to signaler i parallell med den førstnevnte komparator, og med en utgang koblet for å kontrollere styrken av referansesignalet.

12. Oscillator ifølge krav 11, karakterisert ved at den annen komparator inkluderer en annen differensial- . forsterker som svitsjer strøm mellom den ene eller den andre av to veier, hvorav den ene er koblet for. å kontrollere styrken av referansesignalet.

13. Oscillator ifølge krav 12, karakterisert ved at strøm blir matet over en strømstyrings-krets for å kontrollere styrken av referansesignalet.