DE1900813A1

DE1900813A1 - Oszillator mit Frequenzkorrektur

Info

Publication number: DE1900813A1
Application number: DE19691900813
Authority: DE
Inventors: Leon Berman
Original assignee: Alcatel CIT SA; Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1968-01-08
Filing date: 1969-01-08
Publication date: 1969-09-11
Also published as: BE726069A; FR1565423A; US3581236A; GB1183805A; NL6900284A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. GRALFS

DIPL.-PHYS, DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

PATENTANWÄLTE

8. Januar 1969 Fi/Sch - G 1006

G.I.T.

GOMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS 12, Rue de la Baume, 75-Paris 8, Frankreich.

Oszillator mit Frequenzkorrektur

Die Erfindung betrifft eine Schaltung anordnung, die eine manuelle Frequenzkorrektur in einem eine automatische Kompensation der Auswirkungen der Temperatur aufweisenden Oszillator zuläßt.

Ein derartiges Problem liegt bei einem Oszillator mit hoher Stabilität vor, der mit einem Resonanzkreis ausgestattet ist, dessen thermische Abweichungen von Natur aus gering sind, aber trotzdem eine kompensierende Wirkung erfordern, um zu dem maximalen Stabilisierungsgrad, den der Resonator erreichen kann, zu gelangen. Im allgemeinen handelt es sich bei dem verwendeten Oszillator um einen entsprechend einer adäquaten Richtung geschnittenen Quarz.

Dem Konstrukteur von Oszillatoren von hoher Stabilität stehen zwei Mittel zur Wärmestabilisierung zur Verfügung:

-2-

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1. Die Anordnung im Trockenraum, wobei es sich um die in zahlreichen Ausführungsformen verwendete herkömmliche Lösung handelt. Der Nachteil dieser Lösung besteht vor allem im .Raumbedarf und in dem zur Aufheizung des Trockenraums erforderlichen Energieverbrauch.

2. In der modernen Technik wird es vorgezogen, mittels Einschaltung einer Kapazität mit elektronischer Änderung (Varactor oder Diode mit variabler Kapazität) zu arbeiten, welche von einem auf die Temperatur ansprechenden Organ (Heißleiter) gesteuert wird. Die an die Diode mit variabler Kapazität angelegte Spannung wird automatisch durch ein zugeordnetes Netzwerk eingestellt, das einen oder mehrere Heißleiter enthält, so daß der größte Teil der Restwärme abw e Jetting kompensiert wird.

Dieses letztere Verfahren stellt heute die bevorzugt gewählte Lösung dar. Durch sie wird einerseits der Platzbedarf des Trockenofens eingespart und andererseits ist zur Steuerung des Heißleiternetzwerks nur eine Leistung von einigen zehn Milliwatt erforderlich, wobei diese Leistung wesentlich kleiner als die für den kleinsten Trockenraum erforderliche Leistung ist.

Die WärmeabweJcbongen sind jedoch nicht die einzigen Abweichungen, die die Frequenz eines Quarz-Oszillators beeinflussen können. Es ist wohl bekannt, daß ein Quarz nicht unendlich lange identisch gleich bleibt, sondern mit der Zeit eine Alterung erfährt, von deren

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Auswirkungen die bei einem Oszillator mit hoher Stabilität zulässige Toleranz überschreiten. Me Langzeit—Stabilität befindet sich, dann nämlich nicht mehr auf dem Niveau der Kurzzeit-Stabilität. Um die Auswirkungen des Alterns zu kompensieren, ist es bekannt, in die Schaltung eines Resonators mit Quarzoszillator eine kleine einstellbare Kapazität aufzunehmen, die es ermöglicht, von Zeit zu Zeit die erforderlichen Frequenznachstellungen vorzunehmen.

Dabei tritt Jedoch eine Schwierigkeit auf. Ein Resonatorkreis mit gegebenem Quarz weist eine bestimmte G-esätzmäßigkeit der Impedanzänderung in Abhängigkeit von der Temperatur auf:

Δ Z = £ (t)

Die Funktion f (t) weist als Parameter den Wert der zu korrigierenden Kapazität, genommen bei einer Bezugstemperatur von beispielsweise 20⁰G, nämlich Z auf, d.h., daß auch geschrieben werden kann:

AZ= f(Z_o,t).

Das Wärme-Korrekturnetzwerk·, bei dem es sich um ein Netzwerk von Heißleitern und Widerständen handelt, ist so ausgelegt und dimensioniert, daß der Ausdruck /\ Z zu Null wird, und zwar entsprechend der Gesetzmäßigkeit :

Az=f' (Z₀,t), mit ψ = -f

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fc Änderung von Z

Auf diese Weise erhält man:
Δ Z' = - Az,

und die resultierende Änderung der zwei Kapazitäten ist Null. Damit ist die Kompensation der Wärmewirkung erreicht.

Wenn aber zur Kompensierung des Alterns der zu diesem Zweck vorgesehene einstellbare Kondensator geändert, bzw. nachgestellt wird, so erfolgt eine Änderung von Z , das dann gleich Z^ wird. Die effektive Kapazität des Quarzes ändert sich dann entsprechend dem G-esetz:ÄZ =^(Z^,t). Die Diode mit variabler Kapazität ändert sich jedoch stets entsprechend der Gesetzmäßigkeit, die durch Konstruktion vorgegeben ist, nämlich entsprechend AZ¹ =^'(Z ,t). Die Kompensation arbeitet somit nicht mehr in zufriedenstellender Weise und es gilt nicht mehr Δ,Ζ¹ = -ΔΖ.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Oszillatorkreises mit Quarz oder dergleichen, bei dem die Korrektur der Auswirkungen des AlteriB des Quarzes nicht die Qualität der Wärmekompensation mittels Diode mit variabler Kapazität und Heißleiter oder dergleichen stört.

Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung von der Konzeption eines Oszillators als Verstärker mit Rückkopplungsschleife ausgegangen, d.h. mit . einem Verstärkungsweg, der Weg ,α. genannt wird, und einen Hückkopplungsweg, der Weg A genannt wird, aufweist.

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Es ist bekannt, daß jeder Oszillator normalerweise auf eine Konzeption dieser Art zurückgeführt werden kann.

Es ist ferner bekannt, daß die Frequenz, auf der ein Oszillator arbeitet, diejenige ist, für die eine Phasenverschiebung von 180 zwischen zwei Klemmen des ITetzwerks JJ- besteht.

Gemäß der Erfindung ist in einem Oszillator, der von einem Verstärkungsweg μ. und einem Rückkopplungsweg ß> gebildet wird und bei dem einer der Wege einen Resonator mit hoher Güte, z.B. einen Quarzresonator, aufweist, eine Einrichtung vorgesehen, um die Phasenverschiebung der Übertragungskonstante des anderen Wegs in der Weise veränderbar zu machen, daß die nicht thermischen Abweichungen des Resonators kompensiert werden.

Die Änderung der Phasenverschiebung des jeweils betroffenen Netzwerkes wird im allgemeinen durch eine variable Kapazität erhalten.

In der Praxis wird der Resonator in den häufigsten Fällen in dem Netzwerk £3 angeordnet. Das Netzwerk U, ist dann mit einem variablen Kondensator ausgestattet, der die Einstellung seiner Phasenverschiebung ermöglicht .

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein allgemeines Schaltbild der Anwendung der Erfindung,

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Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen speziellen Fall, und

Pig·. 3 eine Kurvendarstellung, die die Wirksamkeit der Erfindung erkennen läßt.

In Fig. 1 sind bei 11 und 13 zwei Verstärkerorgane, bei denen ,es sich um .Röhren oder Transistoren handeln kann, zu sehen, welche durch ein einstellbares Netzwerk 12 CyW-) verbunden sind, wobei die Einstellung, fc wenigstens eine variable Blindkomponente (im allgemeinen einen Kondensator) betrifft und zu einer Änderung der Phase der Übertragungskonstante des Netzwerks u, führt. Das Organ IJ ist mit dem Äückkoppelorgan 11 durch ein Netzwerk 14 iß) verbunden, • das im wesentlichen einen Quarzresonator 14-a aufweist, der in .Reihe mit einer Diode 14b mit variabler Kapazität geschaltet ist. Diese Diode erhält eine Steuerspannung von einem Netzwerk ()£), das wenigstens einen Heißleiter 1^a- aufweist.

Wenn der variable Kondensator des Netzwerks 13 nachgestellt wird, so wird seine Phasenverschiebung geändert, und die Frequenz, bei der die vorstehend aufgezeigte Phasenopposition gegeben ist, ändert sich leicht. Dabei wurde jedoch die Konfiguration des Netzwerks 12 (jul) nicht geändert, wa? zur Folge hat, daß die zu Beginn geregelte Wärmekompensation vollständig aufrecht erhalten wird.· Auf diese Weise wird eine Korrektur des Alterns erhalten, ohne dabei die thermische Kompensation zu stören.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 sind die Verstärkeror-

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gane Transistoren QL· und (J₂, die von einer Gleichspan-•nungsquelle +V gespeist sind. Die Basis von Q₁ ist durch eine Widerstandsbrücke R^, Rg vorgespannt. Sein Kollektor ist mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen R^, R^ belastet, und sein Emitter ist durch einen Widerstand R₁- belastet.

Der Transistor Q^ wird durch seinen Emitter erregt.

Der Kollektor des Transistors Q₀ liegt an der Spannung +V und ι

lastet.

+V und sein Emitter ist mit einem Widerstand Rq be-

Der Kollektor von Q^ ist mit der Basis von Qg über ein Netzwerk u~ verbunden, das einen Kondensator Cp, zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rg, R₁-, und einen Widerstand Rq zwischen der Basis von Qp und der Masse aufweist.

Zwischen den Rg und R₇ gemeinsamen Punkt und die Masse ist ein einstellbarer Kondensator O^ geschaltet.

Der Emitter von Q₂ ^{is<b mi}* ^dem Emitter von Q,, über ein Netzwerk /k verbunden, das einen Kondensator G^,, eine Diode D mit variabler Kapazität und einen Quarzoszillator Y oder dergleichen umfaßt.

Die Frequenz wird am Punkt S hinter einem Kondensator C₁ abgenommen.

Die Diode D" mit variabler Kapazität erhält von einem Netzwerk % eine Steuerspannung, und dieses Netzwerk besteht in dem speziellen Pail des Beispiels aus einem

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ersten Serienzweig mit den Widerständen Έ._ΛΛ (variabel),

° zu einem I ·

H^jp, einem zweiten Serienzweig mit einem/Widerstand H^, y, in Reihe geschalteten Heißleiter T^ und einem mit einem Heißleiter Tp in Rahe geschalteten Widerstand R^i/i j wobei diesem Heißleiter Tp ein Widerstand ILj- parallelgeschaltet ist. Zwischen den Schieber des variablen Widerstandes R^₁ und eine Klemme der Diode D mit variabler Kapazität ist ein Widerstand Ry,s- geschaltet. Die andere Klemme der Diode D mit variabler Kapazität liegt dioskt an dem ge- ^ meinsamen Punkt von IL und R^u.

Das erwähnte Netzwerk )& wird mittels einer stabilisierten Spannung +V gespeist.

Der vorstehend angegebene Aufbau stellt selbstverständlich nur ein Beispiel dar.

Fig. 3 zeigt bei (a) eine Kurve der Reständerungen der Frequenz in Abhängigkeit von der Temperatur, z.B. zwischen -40 und +60⁰C. Es wird angenommen, daß der Oszillator bei der Temperatur von 20°C auf die Nennfrequenz 3f eingeregelt wurde. Zu Beginn besitzt der Oszillator die Nennfrequenz F bei +20⁰C und weicht dann beiders—eits von 20⁰C leicht ab (um einen Bruchteil von 10 ' pro Grad). Am Ende von mehreren Betriebsmonaten ist der Quarz gealtert, und die Kurve wurde in eine neue Lage (b) verschoben, die sich beispielsweise unterhalb der ursprünglichen Lage (a) befindet. Durch Nachstellung des Kondensators Ο-, in Fig. 2 wird die Kurve wieder auf ihren ursprünglichen Wert zurückgeführt.

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Wenn von der vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Lösung nicht Gebrauch gemacht wird, so ergibt sich bei der Nachstellung der dem Quarz direkt zugeordneten Kapazität eine Korrekturkurve von der Art der Kurve (c). Die Qualität der thermischen Korrektur wird dabei ernsthaft gefährdet bzw. verschlechtert.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Oszillator mit hoher Stabilität, der von einem Verstärkungsweg/-^ und einem Rückkopplungsweg β gebildet wird, von denen der mit Einrichtungen zur thermischen Kompensation der Frequenzabweichungen ausgestattete Weg einen Resonator mit hoher Güte enthält, dadurch gekennzeichnet , daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Phasenverschiebung der Ubertragmigskonstante des Weges, der den Resonator mit hoher Güte nicht enthält, veränderbar zu machen.

2. Oszillator mit hoher Stabilität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Resonator mit hoher Güte in dem Weg/!» liegt und die Phasenverschiebung des Weges ,te einstellbar ist.

5· Oszillator mrt hoher Stabilität nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Weg /■<* ein RC-Netzwerk enthält, das mit einem einstellbaren Kondensator ausgestattet ist.

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