DD214044A1 - Quarz-bandpassbrueckenschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Quarz-Bandpassbrueckenschaltung zur Frequenzselektion von elektrischen Signalen, insbesondere fuer selektive Pegelmesser, Wuenschenswert ist ein symmetrisches Selektionsverhalten im Durchlassbereich ohne Weilligkeit, Ziel der Erfindung ist eine Schaltung, die im Durchlassbereich ein Selektionsverhalten liefert, das symmesch zur Mittenfrequenz ist, weniger von den Herstellungstoleranzen der Quarze abhaengig ist und im Sperrbereich ausreichen grosse Selektion aufweist. Die erfindungsgemaesse Schtrisch zur Mittenfrequenz ist, weniger von den Herstelllungstoleranzen der Quarze abhangig ist und im Sperrbereich ausreichend grosse Selektion aufweist. Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung nach fig. 1 verbessert die bekannhmige Einspeisung vorgenommen wird und im Ausgang parallel zum Abschlusswiderstand eine phasendrehende Anordnung geschaltet wird.

Description

Quarz-Bandpaßbrückenschaltung

ANWENDUNGSGEBIET

Die Erfindung betrifft eine Quarz-Bandpaßbrückenschaltung zur Frequenzselektion von elektrischen Signalen, insbesondere für selektive Pegelmesser.

CHARAKTERISTIK BEKAlWTER TECHNISCHER LÖSUNGEN

In selektiven Empfängern mit Frequenzumsetzung ist man bestrebt, bereits nach der ersten Mischstufe alle Selektionsforderungen bei möglichst kleiner Grunddämpfung zu realisieren. Auf diese Weise lassen sich gute Kennwerte für Intermodulations- und Eigenklirrdämpfung sowie Dynamikumfang des gesamten Empfängers erzielen. In selektiven Pegelmessern besteht im allgemeinen die Zusatzforderung, im Durchlaßfrequenzbereich der Zwischenfrequenzfilter keine Welligkeit des Spannungs-Übertragungsmaßes zuzulassen, um eine hohe Pegelmeßgenauigkeit zu gewährleisten. Daraus resultiert, daß in bekannten selektiven Pegelmessern meistens Spulenfilter, in wenigen Fällen Quarzfilter mit zwei Quarzen und in Ausnahmefällen magnetomechanische Filter verwendet werden und daß auf Grund der elektrischen Eigenschaften und der Herstellbarkeit der Filter mehrere Frequenzumsetzungen notwendig werden

Bei mehreren Frequenzumsetzungen müssen die Selektionseigenschaften der Zwischenfrequenzfilter aufeinander

abgestimmt werden, um die Gesamtselektion zu verwirklichen. Dabei besteht trotzdem die eingangs erwähnte Forderung) in jed.er Zwischenfrequenzstufe möglichst so selektiv zu werden, daß praktisch das Gesamtselektionsverhalten realisiert ..wird, aber außerdem (bei selektiven Pegelmessern) keine Welligkeit zuzulassen. Aus diesem Grunde wird versucht, in selektiven Pegelmessern Quarzfilter ein- -. zusetzen, die nicht mehr als zwei Quarze besitzen, wobei alle herstellungsbedingten Toleranzen und. physikalischen Eigenschaften der Quarze beachtet werden müssen.

Ein bekanntes Quarzbandfilter mit zwei Quarzen, das in selektiven Pegelmessern verwendet wird, ist von W. Herzog "Siebschaltungen mit Schwingkristallen" (Wiesbaden, 1949 S. 91) beschrieben und unter Vernachlässigung der Quarzverlustwiderstände in Näherung berechnet worden.

Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei Quarzen, die beide auf einer Seite mit zwei gleichgroßen gegenphasigen Signalen beaufschlagt werden und deren andere Quarzseiten miteinander verbunden sind und den Ausgang des Falters darstellen. Auf beiden Seiten des Filters werden reelle Widerstände als Abschluß verwendet, die aus den Wellenwiderständen im Durchlaßbereich ermittelt werden.

Die Filter werden durch folgende Eigenschaften je nach Bemessung der Quarze charakterisiert:

1. Die gebräuchlichste Bemessung des Quarzfilters benutzt beide Serienresonanzfrequenzen und. beide Parallelresonanzfrequenzen der Quarze, wobei d.ie Parallelresonanzfrequenz des niederfrequenten Quarzes mit der Serienresonanzfrequenz des höherfrequenten Quarzes übereinstimmen soll. Der Durchlaßbereich wird bei.optimaler Dimensionierung d.er Abschlußwiderstände von der Differenz der Serienresonanzfrequenz zur Parallelresonanzfrequenz jedes Quarzes mitbestimmt. Daraus folgt, daß das Selektionsverhalten stark von den Herstellungsbedingungen der Quarze abhängig ist. Das Filter ist in selektiven Pegelmessern nur bei hohen Forderungen an die Herstellungsgenauigkeit der Quarze einsetzbar.

2. Eine Abart (Herzog, S. 108 ff) der Bemessung des Quarz-Bandpasses benutzt zur Dimensionierung des Durchlaßbereiches entweder beide Parallel- oder beide Serienresonanzfrequenzen der Quarze, die in diesem Pall beiderseits der Durchlaßmittenfrequenz liegen. Eine derariige Dimensionierung wird in der Praxis nicht verwendet, da sowohl der Wellenwiderstand als auch das Übertragungsmaß als Punktion der Frequenz unsymmetrisch zur Mittenfrequenz liegen. Der Filterabgleich wird erschwert und es ergibt sich (z. B. für einen selektiven Pegelmesser) kein optimales Verhalten im Durchlaßbereich. Das Filter ist für Meßzwecke völlig ungeeignet.

Es ist weiterhin bekannt, daß Quarzbrückenfilter mit zwei Quarzen, deren Quarze die den unter Pkt. 1. beschriebenen Aufbau besitzen, im Pilterein- und -ausgang als Parallelschwingkreise ausgebildete Speise- bzw. Abschlußwiderstände aufweisen. Dazu werden zumeist die Symmetrieübertrager verwendet, die bei der Kopplung mehrerer Teil-Quarzbrückenanordnungen in den jeweiligen Ein- und Ausgängen vorhanden sind.

ZIEL DER ERPINDUNG

Ziel der Erfindung ist eine Quarz-Bandpaßbrückenschaltung, die im Durchlaßbereich ein Selektionsverhalten liefert, das symmetrisch zur Mittenfrequenz ist, weniger von den Herstellungstoleranzen der Quarze abhängig ist als bekannte Anordnungen und im Sperrbereich ausreichend große Selektion aufweist.

WESEN DER ERFINDUNG

Es wird von der beschriebenen Quarzanordnung in einem bekannten Quarzbandpaßbrückenfilter ausgegangen, wobei aber die beiden Quarz-Reihenresonanzfrequenzen symmetrisch zur Mittenfrequenz liegen sollen. Diese Anordnung würde eine symmetrische Frequenzabhängigkeit der Selektion im Durchlaßbereich und im näheren Sperrbereich ergeben, falls die

Parallelresonanzfrequenzen der Quarze im Unendlichen liegen, d. h. die Parallelkapazitäten JTuIl sind. Eine derartige Quarzkonstruktion ist aber nicht möglich.

Es besteht die Aufgabe,, die bekannte Quarzbandpaßbrückenschaltung so zu verändern, daß der Einfluß der Parallelkapazitäten der Quarze auf die Selektion vermieden wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden gleichgroßen gegenphasigen Signale durch Urspannungsquellen, also mit vernachlässigbarem Innenwiderstand, erzeugt werden und daß an den Ausgang des Filters eine phasendrehende Schaltungsanordnung angeschaltet ist. Erfindungsgemäß wird als phasendrehende Schaltungsanordnung ein LC-Parallelschwingkreis verwendet. In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Schwingkreis in seiner Frequenz variabel.

Als Signalurspannungsquellen werden in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gegenphasig angesteuerte Transistor-Kollektorstufen verwendet. Diese Anordnung gestattet eine einfache Ausführung der Signalurspannungsquellen in integrierter Technik. Eine andere erfindungsgemäße Realisierung der Signalquellen, die die Nachteile von Halbleiteranordnungen bzgl. thermischer Instabilität oder dgl. vermeidet, stellt ein Symmetrieübertrager mit primärseitig direkt angeschlossener Signalurspannungsquelle dar.-

Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung sind:

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ergibt wegen der symmetrischen lage der Nennwerte der Serienresonanzfrequenzen zur Durchlaßmittenfrequenz Vorteile beim Abgleich* Erfindungsgemäß wird dazu der frequenzvariable Parallelschwingkreis verwendet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ergibt keine Änderungen der Selektionseigenschaften, wenn Herstellungstoleranzen der Parallelresonanzfrequenzen vorhanden sind und ein Schältungsabgleich auf einen maximal geebneten Durchlaßdämpfungsbereich erfolgt. Die die Weitabselektion-

beeinflussenden und exemplarabhängigen Quarz-Differenz-Parallelkapazitäten können durch abgleichbare Parallelkondensatoren in einfacher Weise ausgeglichen werden.

Sie hat. außerdem gegenüber bekannten Quarzbandpassen mit' beiderseitigem Wellenwiderstandsabschluß den Vorteil, daß das Spannungsübertragungsmaß deutlich größer ist. Das wirkt sich ebenfalls vorteilhaft in Gesamtanordnungen, wie z. B. selektiven Pegelmessern, insbesondere bei kleinen Pegeln, aus.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich gegenüber bekannten Anordnungen mit vergleichbarem Aufwand Quarzbandpässe mit relativ breiterem Durchlaßfrequenzbereich bequem herstellen lassen.

AUSi¹UHRTJWGSBEISPiEL

Die Erfindung wird nachfolgend, an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen

Pig. 1 Die grundsätzliche erfinderische Schaltung

Pig. 2 Eine zweckmäßige Realisierung nach Pig. 1

Pig. 3 Eine veränderte zweckmäßige Realisierung

nach Pig. 1

In Pig. 1 ist zunächst d.ie bekannte Anordnung eines Quarzbrückenfilters mit den symmetrischen Eingangsklemmen 1,2 den beiden Quarzen 3» 4 und. dem reellen Abschlußwiderstand, dargestellt. Die Verbindung der beiden Quarze 3, 4 mit dem Abschlußwiderstand 5 ist der Ausgang der Schaltung. Die jeweils anderen Quarzanschlüsse stellen die Eingangsklemmen 1, 2 des Quarzbrückenfilters dar. An sie werden die gegenphasigen Signalurspannungsquellen 6, 7 bei erfind.ungsgemäß vernachlässigbaren Innenwiderständen (in Pig. 1 mit R^ = 0 dargestellt) angeschaltet. An den Ausgang

(rechts in Pig. 1) ist parallel zum reellen Abschlußwid.erstand 5 erfindungsgemäß ein Phasendrehglied 8 angeschlossen.

Durch, den vernachlässigbaren Innenwiderstand, der Signalurspannungsquellen sind, die Quarze eingangsseitig vollständig entkoppelt. Die Nennwerte der Serienresonanzfrequenzen der Quarze liegen im gleichen Abstand, ober- und unterhalb der Durchlaßmittenfrequenz und beide charakterisieren in Näherung die Breite des Durchlaßbereiches« (Der .größtmögliche Bereich ohne Dämpfungsänderung ist geringer).

Die Elemente der Parallelschaltung aus reellem Abschlußwiderstand 5 und Phasendrehglied 8 lassen sich zweckmäßig so ermitteln, daß symmetrisch zur Durchlaßmittenfrequenz ein frequenzunabhängiges Spannungsübertragungsmaß möglichst großer Prequenzbreite erreicht wird.

Pig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Signalurspannungsquellen durch Kollektorstufen, d.ie gegenphasig angesteuert werden, realisiert sind und. bei dem das Pha~ sendrehglied 8 aus einem Parallelschwingkreis besteht, d.er frequenzvariabel ist.

Die Kollektorstufen ergeben einen besonders niederohmigen Innenwiderstand. der Speiseschaltung 6, 7 für die symmetrischen Eingangsklemmen 1,2, wenn eine Signalquelle mit endlichem Innenwiderstand 9 vorliegt. Die symmetrische Ansteuerung des Transistors 10 wird d.urch Ankopplung an den Kollektor des Transistors 11 vorgenommen. (Eine andere Möglichkeit besteht darin,- daß beide Transistoren von einem Symmetrieübertrager angesteuert werden, der primärseitig von einer Signalquelle mit endlichem Inn enwid. er st and. gespeist wird.) Die Ausführung besitzt den Vorteil einer Integrationsmöglichkeit in mikroelektronischen Schaltungen..

Pig. 3 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel,, bei dem die Signalurspannungsquellen durch einen ausreichend niederohmigen Symmetrieübertrager realisiert sind, der primärseitig durch eine Signalurspannungsquelle (und damit niederohmig) gespeist wird. Diese Realisierung ist zweckmäßig, wenn.

große, thermische Stabilität gefordert" wird oder die Bandmittenfrequenz hoch. ist.

Claims (5)

PATENTANSPRUCH

1. Bandpaßbrückenschaltung, bei der gleichgroße gegenphasige Signale an einer Seite von zwei Quarzen unterschiedlicher Serienresonanzfrequenzen anliegen, während .die anderen Seiten beider Quarze miteinander verbunden sind und. den Ausgang des Filters darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gleichgroßen gegenphasigen Signale Spannungen von Urspannungsquellen (6, 7) sind und daß zum reellen Abschlußwiderstand des Filters zusätzlich eine phasendrehende Schaltungsanordnung (8) parallel geschaltet ist.

2. Bandpaßbrückenschaltung nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die phasendrehende Schaltungsanordnung aus einem Parallelschwingkreis besteht.

3« Banapaßbrückenschaltung nach Punkt 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis frequenzvariabel aufgebaut ist.

4. Bandpaßbrückenschaltung nach einem der Punkte 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenphasigen Signalurspannungsquellen (6, 7) mittels eines Differentialübertragers realisiert sind, der von einer Signalurspannungsquelle gespeist wird.

5. Bandpaßbrückenschaltung nach einem der Punkte 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenphasigen Signalurspannungsquellen (6, 7) durch zwei gegenphasig angesteuerte Transistor-Kollektorstufen realisiert werd.en.

Hierzu 1 SeJie Zeichnungen