DE3332307A1

DE3332307A1 - Stabilisierungsschaltung fuer insbesondere einen oszillator

Info

Publication number: DE3332307A1
Application number: DE19833332307
Authority: DE
Inventors: Robert C. 60137 Glen Ellyn Ill. Skar
Original assignee: Chamberlain Manufacturing Corp
Current assignee: Chamberlain Manufacturing Corp
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-09-07
Publication date: 1984-03-22
Also published as: JPS5970321A; US4453269A; DE3332307C2; JPS6337532B2; CA1196385A

Description

Chamberlain Manufacturing Corporation, 845 Larch Avenue, Elmhurst, Illinois 60126, U.S.A.

Stabilisierungsschaltung für insbesondere einen Oszillator

Die Erfindung betrifft allgemein eine Schaltung für elektrische Oszillatoren, insbesondere für solche Oszillatoren, welche als Sender dienen und ein strahlendes Teil, wie"beispielsweise eine Antenne, aufweisen.

Drei grundlegende Oszillator-Schaltungen werden bei Sender-Schaltkreisen von Garagentüren eingesetzt. Ohne Berücksichtigung der Gleichspannungs-Anschlüsse und anderer Hilfs-Bauteile erfordern solche Schaltungen ein aktives Bauteil, einen abgestimmten Kreis und einen Rückkoppelkreis. Der Stromkreis weist an einer der Elektroden des aktiven Bauteiles, wie beispielsweise einem

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Transistor, einen Punkt mit einem Bezugspotential auf, an dem das Wechselspannungspotential in Bezug auf das Erdpotential gleich null ist. Bei kleinen, nicht abgeschirmten und batteriegetriebenen Fernsteuerungssendern ohne Verbindung nach außen kann zwar kaum von einem sicheren Erdpotential gesprochen werden, doch ist dieses Konzept bei einer symmetrischen Schaltung, wie beispielsweise einer Gegentaktschaltung mit einem Paar aktiver Bauteile oder im Falle eines abgeschirmten Schaltkreises durchaus sinnvoll. Befindet sich in einem Sender- oder Oszillatorkreis kein Erdpotential, so kann ein Punkt "gemeinsamen Potentials" des aktiven Bauteiles definiert werden.

Fig. 1a zeigt einen sogenannten "Colpitts-Oszillator" (Dreipunktkreis). In Fig. 1b ist ein sogenannter "Hartley-Oszillator" (Dreipunktschaltung mit induktiver Spannungsteilung) dargestellt, während Fig. 1c eine Gegentaktschaltung darstellt. Es versteht sich, daß beim in Fig. 1b gezeigten "Hartley-Oszillator" der Mittelpunkt der Spule am Wechselspannung-Grundpotential anliegt. Im Mittelpunkt der Spule des in Fig. 1c gezeigten Schaltkreises ist ein virtuelles Grundpotential vorgesehen, ebenso wie im Mittelpunkt der Spule des in Fig. 1a gezeigten Stromkreises, wo dieser Punkt durch das Verhältnis der Kapazitäten der beiden Kondensatoren des Resonanzkreises bestimmt ist.

Sender für Garagentore arbeiten typischerweise in einem Frequenzbereich um 390 MHz und in diesem Bereich kann ein Abstimm-Induktor (Spule) als relativ große Schleife mit einer einzigen Windung gestaltet werden, wie es in Fig. 2 auf dem Substrat 10 durchgeführt ist. Der Mittelpunkt der Schleife liegt wie gezeigt an Masse und die

BOEHMERT

Schleife ist als weiter, flacher Streifen ausgeformt, um den Reihenwiderstand und die Induktivität pro Längeneinheit des Leiters möglichst gering zur halten, wobei der Wirkungsgrad der Schleife als Strahlungsquelle mit der Fläche wächst.

Nachteiligerweise wird die Frequenz des in Fig. 2 gezeigten Kreises durch zumindest zwei unterschiedliche Quellen verstimmt. Wird eine nicht geerdete, leitende Scheibe nahe und parallel zu der Schleife angeordnet, so wird die Frequenz ansteigen aufgrund der durch induktive Kopplung mit der leitenden Scheibe bedingten Verringerung der Induktivität. Wird andererseits ein metallischer Gegenstand geerdet und kapazitiv mit dem "heißen" Ende der Schleife gekoppelt, so wird die Frequenz gesenkt weil die Abstimm-Kapazität wächst. In gewissen Fällen können sich diese Effekte aufheben, doch ist in der Regel die Frequenzverschiebung zu groß, um akzeptabel zu sein. Der Grund hierfür liegt darin, daß Garagentür-Sender präzise abgestimmt sein müssen, um mit einem ganz bestimmten Empfänger zusammen zu wirken, welcher für ein ganz bestimmtes Garagentor eingesetzt ist. Aufgrund der FrequenzverSchiebung wäre es möglich, daß andere" ,,als der vorgesehene Empfänger auf den Sender ansprecheij/und darüberhinaus wird auch verhindert, daß der gewünschte Empfänger auf den jeweiligen Sender anspricht. ' /

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diese Schwierigkeiten zu überwinden. _N \

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ej.n_ Oszillator-Kreis derart abgeschirmt, daß eine leitende Massenplatte auf der Rückseite des isolierenden Substrats, wie ,Beispielsweise Keramik, in derjenigen Fläche-, des Oszillator-Kreises vor-

gesehen ist, welche das aktive Bauteil, den Resonanzkreis und die Rückkoppelleitung aufnimmt. Eine getrennte, nicht abgeschirmte Schleifenantenne ist mit Anzapfpunkten des Induktors des Resonanzkreises verbunden und auf demjenigen Abschnitt des Substrats montiert, wo keine Massenscheibe auf der gegenüber liegenden Seite angeordnet ist. Weiterhin ist die nicht abgeschirmte Schleifenantenne an solchen Punkten des Abstimm-Induktors angeschlossen, daß sie über einen schmalen Abschnitt der Abstimm-Spule greift. Diese Maßnahmen haben zum Ergebnis, daß die obenerwähnte kapazitive Verzerrung ausgeschlossen ist, da sich die Antennenschleife auf dem virtuellen Massepotential befindet. Die induktive Verzerrung ist auf ein Minimum beschränkt weil die Antennenspule nur über einen kleinen Abschnitt der Abstimmspule liegt. Hierdurch wird zwar eine geringere Strahlungsleistung für eine gegebene Oszillatorleistung erreicht, doch soll die Strahlungsleistung ohnehin aus postrechtlichen Gründen gering sein.

Die Erfindung ist auch mit einem kapazitiven Spannungsteiler funktionsfähig und die Schaltung ergibt einen stabilen Ozsillator,. der keinen Frequenzverzerrungen unterliegt.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichung im einzelnen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1a einen "Colpitts-Oszillator" gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1b einen "Hartley-Oszillator", ebenfalls gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1c einen Gegentakt-Oszillator;

BOEHMERT & ΒΟδΗΜ^Γ. -

Pig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6

einen "Colpitts-Oszillator" mit einem Schleifen-Induktor;

einen erfindungsgemäßen Oszillator mit einer externen Schleifenantenne;

eine Variante der Erfindung, bei der die Antennenspeisung durch einen Kondensator-Abgriff erfolgt;

eine Draufsicht auf die Erfindung;

ein Schaltbild des in Fig. 5 gezeigten Stromkreises.

Fig. 2 zeigt einen "Colpitts-Oszillator" mit einem Schleifen-Induktor gemäß dem Stand der Technik, welcher auf einem isolierenden Substrat 10 ausgeformt ist und welcher als Hybrid-Schaltung ausgebildet sein kann, wobei der Transistor derart auf der Platine montiert ist, daß der Emitter an Masse anlegt und die Basis mit einem Ende des Leiters der Schleife Lt verbunden ist. Ein Paar von Kondensatoren Cc und Ce ist in Serie über den Schleifen-Induktor Lt geschaltet, dessen Mittelpunkt an"Masse liegt. Dieser Schaltkreis unterliegt den eingangserwähnten Frequenzverschiebungen .

Fig.3 verdeutlicht die Erfindung, wobei ein Substrat 10 aus isolierendem Material mit einer leitenden Schicht, aus beispielsweise Kupfer, auf seiner Rückseite versehen ist, die sich bis zu der Linie 12 erstreckt. Der treibende Transistor Q1 , die Kondensatoren Cc und Ce und der Induktor Lt sind wie gezeigt verbunden und auf derjenigen Seite des Substrats angeordnet, die der leitenden Schicht 11 gegenüber liegt.

Eine externe Schleifenantenne 16 ist auf dem Abschnitt des Substrats ausgebildet, welcher auf seiner Rückseite nicht mit der Schicht 11 versehen ist und die Anschlüsse

-/A

17 und 18 zapfen den Induktor Lt an Punkten an, welche symmetrisch zum Masse-Punkt des Induktors und auch zwischen den Endabschnitten des Induktors liegen, so daß nur ein Bruchteil der Gesamtinduktivität durch die externe Schleifenantenne 16 abgezapft wird.

Die Abstimmungsverzerrungen und Frequenzverschiebungen werden durch den in Fig. 3 dargestellten Schaltkreis sehr gering gehalten. Der gesamte Oszilattorkreis ist abgeschirmt, so daß Einkopplungen in den Schaltkreis weitestgehend vermieden sind. In einer besonderen Hybrid-Schaltung gemäß der Erfindung wird die Abschirmung durch "die Massen-Scheibe bzw. Kupferfolie auf der Rückseite des Keramik-Substrats erreicht, welche eine Stärke von etwa 0,06 cm aufweist. Es sei vermerkt, daß ohne die Schleifenantenne 16 der Kreis aufgrund der Massen-Scheibe (leitenden Beschichtung) der Kreis nicht strahlen würde, jedoch mit der Schleifenantenne 16 strahlt, welche an einem Abschnitt des Abstimm-Induktors abgreift, der annähernd auf Massepotential liegt. Die obenerwähnten kapazitiven Einkoppelungen kommen nicht vor, weil sich die Antennenschleife 16 auf dem Massepotential befindet. Die induktive Kopplung ist auf ein Minimum beschränkt, weil die Antennenspule 16 nur einen kleinen Abschnitt der Abstimm-Spule abgreift. Zwar resultiert hieraus eine geringere Strahlungsleistung bei gegebener Ozillatorleistung (im Vergleich zur Schaltung gemäß Fig. 2), doch stellt das Erreichen der erforderlichen und zulässigen Strahlungsleistung bei derartigen Schaltungen kein Problem dar.

Fig.4 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der die externe Schleifenantenne 19 derart gekoppelt ist, daß ein kapazitiver Spannungsteiler mit Kondensatoren C4, C5, C6

BOEMMERT &

und C7 und ein Gegentakt-Oszillator mit einem Transistorpaar Q1 und Q1' in der gezeigten Weise verbunden sind. Die Massenpotential-Schicht 11 erstreckt sich ebenso wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bis zur Linie

Die Fig. 6 und 7 zeigen Verwirklichungen der Erfindung und in der Schaltung gemäß Figur 6 sind eine Versorgungsspannung Vcj ein Batterie-Widerstand Rb, ein Kondensator Cbt, ein Induktor Lc und ein Kondensator Cb in der gezeigten Weise eingesetzt. Die Schleifenantenne 19 ist mit ihren Endabschnitten 21 und 22 mit dem Induktor Lt verbunden. Zusätzlich ist ein einstellbarer Kondensator Ct parallel zum Induktor Lt und zu den Kondensatoren Cc und Ce geschaltet.

Fig. 5 zeigt, wie auf dem Substrat 10 die leitende Schicht 11 bis zur Linie 12 ausgeformt ist. Die Schleifenantenne 19 ist mit einer relativ weitgeschwungenen, leitenden Folie 19 ausgeformt, deren Endabschnitte 21 und 22 die Spule Lt anzapfen, welche ebenfalls relativ große Windungen aufweist. Die Induktivität Lc erstreckt sich vom Anzapfungspunkt 21 bis in einen Bereich 30 des beschichteten Abschnittes, über den der Widerstand Rb geschaltet ist. Die übrigen leitenden Abschnitte entsprechen den verschiedenen Kondensatoren und Spulen, die in Fig. 6 angegeben sind und der Transistor Q1 ist mit seiner Basis mit dem Schicht-Abschnitt

31 verbunden, während sein Emitter mit dem Masse-Abschnitt

32 und sein Kollektor mit dem Abschnitt 33 verbunden ist, welcher mit einer Seite der Abstimm-Spule Lt verbunden ist. Der Kondensator Ct ist zwischen Schicht-Abschnitten 34 und 36 ausgeformt, wobei die Abschnitte 34 mit dem Bereich

33 und die Abschnitte 36 mit dem Abschnitt 37 verbunden sind, welch letzterer die Haupt-Spule Lc bildet.

y-

Das Substrat 10 hat etwa eine Stärke zwischen 2,5 und 5 cm. Der Schaltkreis weist eine gute Stabilität auf und unterliegt keinen FrequenzverSchiebungen, wie sie bei herkömmlichen Oszillatoren auftreten.

BOEHMERT,& BOEHMERX *>

Akte: CM 1881

BEZUGSZEICHEELISTE
(LIST OF EEFEREITOE NUMERALS)

1	1
2	p

4	4
5	5
6	6
7	7
8	8
9	9
	10
11 Schicht	11
12 Linie	12
13	13
Ή Abschnitt (von 10)	14
15	15
16 Antenne	16
17 Anschluß	17
18 Anschluß	18
19 Schi eif em-Antenne	19
20	20
21 Anzapf-Punkt	21
22 Anzapf-Punkt	22
23	23
24	24
25	25
P^	26
27	27
28	28
29	29
30, 31, 32 Abschnitt	30

Claims

Ansprüche

1J Schaltung zur Erzeugung einer Strahlung im Radio-Frequenzbereich gekennzeichnet durch eine ebene, isolierende Substrat-Platte (10); eine leitende Schicht (11), die einen Teil einer Seitenfläche der Substrat-Platte (10) abdeckt; einen Radio-Frequenz-Oszillator (Lt, Ct, Cc, Ce, Q1, Cb, Lc, Rb, Cbt), der auf der anderen Seitenfläche der Substrat-Platte (10) gegenüber der leitenden Schicht (11) angeordnet ist; und eine Schleifenantenne (19), welche mit dem Oszillator gekoppelt ist und auf der genannten anderen Seitenfläche der Substrat-Platte (10) gegenüberliegend dem Flächenabschnitt angeordnet ist, der nicht durch die leitende Schicht (11) abgedeckt ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (Lt, Ct, Cc, Ce, Q1, Cb, Lc, Rb, Cbt) einen Resonanzkreis (Lt, Cc, Ce) aufweist mit einer virtuellen Erdung und daß die Schleifenantenne (19) derart mit dem Resonanzkreis verbunden ist, daß sie symmetrisch geerdet ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (Lt, Cc, Ce) einen Induktor (Lt) aufweist und daß die Schleifenantenne (16, 19) symmetrisch mit dem Induktor gekoppelt ist.
4. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (Lt, Cc, Ce) mehrere Kondensatoren (Cc, Ce) aufweist und

daß die Schleifenantenne (16, 19) symmetrisch mit diesen Kondensatoren verbunden ist.
5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des Induktors (Lt) geerdet ist und daß die Schleifenantenne (16, 19) mit ihren gegenüberliegenden Zuleitungen (17, 18; 21 22) an Stellen mit dem Induktor (Lt) verbunden ist, welche beiderseits dessen Mittelpunktes liegen.
6. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenantenne (16, 19) mit ihren gegenüberliegenden Zuleitungen (17, 18; 21, 22) an solchen Stellen mit dem .Induktor (Lt) verbunden ist, deren Induktanzen in Bezug auf die Masse gleich sind.
7. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenantenne (16, 19) an solchen Stellen mit dem Induktor (Lt) verbunden ist, welche nicht die gesamte Induktanz des Induktors (Lt) erfassen.
8. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenantenne (16, 19) als leitende Schicht ausgebildet ist/ die auf der Substrat-Platte (10) befestigt ist.
9. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (Lt) als leitende Schicht auf der Substrat-Platte (10) ausgebildet ist.
10. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Platte (10) aus einer Keramik besteht.