DE806556C

DE806556C - Piezoelektrisch gesteuerte Schaltanordnung

Info

Publication number: DE806556C
Application number: DEP30035D
Authority: DE
Inventors: Wilfrid Sinden Mortley
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1946-12-05
Filing date: 1949-03-01
Publication date: 1951-07-12
Also published as: FR958936A; GB627608A; CH269327A

Description

Die Erfindung betrifft piezoelektrische Kristall-Schaltanordnungen, bei denen die Frequenz piezoelektrisch gesteuert wird.

Eine der Schwierigkeiten, die bei der Benutzung S piezoelektrischer Kristalle zur Frequenzsteuerung auftreten, ist, daß die Kristalle unerwünschte Resonanzen zeigen können, d. h. Resonanzen bei anderen Frequenzen als der vorgesehenen Arbeitsfrequenz. Obgleich es in vielen Fällen möglich ist,

ίο durch große Sorgfalt bei der Bemessung und der Herstellung eines Kristalls die meisten, wenn nicht alle unerwünschten Resonanzen auszuschalten, so führt dieser Weg doch zu einem bemerkenswerten Anstieg der Kosten, so daß es einen wesentlichen praktischen Vorteil bieten würde, wenn man eine Schaltanordnung mit piezoelektrischer Steuerung schaffen würde, die für unerwünschte Resonanzen unempfindlich wäre. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Lösung dieses Problems.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine piezoelektrisch gesteuerte Schaltanordnung eine Mehrzahl von Kreisen mit piezoelektrischem Kristall, die so ausgebildet sind, daß sie eine gemeinsame Resonanzfrequenz aufweisen, und sie enthält weiterhin verlusteinführende Kopplungsmittel zwischen solchen Punkten der Kristallkreise, die in bezug auf die gemeinsame Frequenz keine Potentialdifferenz gegeneinander aufweisen, während sie in bezug auf andere Frequenzen eine solche Potentialdifferenz haben. Bei einer solchen Schaltanordnung haben die verlusteinführenden Kopplungsmittel die Wirkung, Schwingungen mit unerwünschten Frequenzen durch Dämpfung auszuschalten, während sie Schwingungen mit der ge-

wünschten gemeinsamen Frequenz nicht merkbar beeinflussen.

Beider einfachsten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Kristallkreise benutzt, die an korrespondierenden Punkten durch Widerstände miteinander verbunden sind.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von zwei oder mehreren getrennten Kristallen beschränkt, denn in einigen Fällen kann sie auch in

ίο der Weise ausgeführt werden, daß ein einziger Kristall benutzt wird, dem zwei Gruppen von Elektroden zugeordnet sind, welche Gruppen je einem eigenen Schaltkreis angehören. Diese Schaltkreise sind mit Hilfe von Widerständen gekoppelt oder verbunden.

Im allgemeinen werden zwei Kristalle, die nach denselben Vorschriften hergestellt sind, ähnliche unerwünschte Resonanzen aufweisen; um aber bestimmt zu erreichen, daß die unerwünschten Resonanzfrequenzen verschieden liegen, wird man, falls bei der Ausführung der Erfindung zwei Kristalle benutzt werden, diese vorzugsweise bewußt so herstellen, daß die Elektroden- und Quarzabmessungen etwas voneinander abweichen. Entsprechend werden, falls ein einziger Kristall mit zwei Elektrodengruppen benutzt wird, die unerwünschten Resonanzen in den zwei Bereichen, von denen je einer einer Elektrodengruppe zugehört, im allgemeinen wegen zufälliger unterschiedlicher Schleiffehler verschieden sein; jedoch wird man auch hier, um solche Unterschiede zu sichern, vorzugsweise absichtliche Abweichungen zwischen den beiden Bereichen einführen, z. B. durch Entfernen einer Ecke oder durch Einschleifen einer Unterteilungsnut, die nicht genau in der Mittellinie liegt, und durch Verwendung verschiedener Elektrodenabmessungen. Vorzugsweise verwendet man aber getrennte Kristalle statt zwei Elektrodengruppen in Verbindung mit verschiedenen Bereichen desselben Kristalls, da es in dem erwähnten Falle j leichter ist, eine unerwünschte Resonanz bei einer gemeinsamen Frequenz zu vermeiden. j

Im allgemeinen ist es notwendig, daß die Werte | der äquivalenten Kristallinduktanz gleich sein müssen, damit die Resonanzfrequenz des einen Netzwerks sich synchron mit der des anderen ändert. Es können jedoch auch verschiedene Werte benutzt werden, wenn das zugeordnete Netzwerk so bemessen ist, daß es die verlangte Synchronisierung hervorbringt. Verschiedene Elektrodenabmessungen werden bei gleicher Fläche im allgemeinen gleiche Induktanzwerte geben.

Bei einer beispielsweisen Anwendung der Erfindung auf einen frequenzmodulierten, kristallgesteuerten Oszillator werden zwei Kristalle benutzt, die mittels identischer A/4-Netzwerke oder Impedanzumkehrnetzwerke an ein gemeinsames Klemmenpaar angeschlossen sind. Korrespondierende Punkte an den kristallseitigen Enden der Netzwerke sind durch Mittel miteinander gekoppelt, die einen Widerstand einschließen, dessen · Wert am besten für jeden einzelnen Fall durch | Versuch und Fehlerbeobachtung festgelegt wird.

Wenn bei einem frequenzmodulierten Kristalloszillator erhebliche Frequenzabweichungen von der gewünschten Kristallresonanz verlangt werden, so sollen die äquivalenten Induktanzwerte der beiden Kristalle bei der gewünschten Frequenz im wesentlichen gleich sein, da sonst erhebliche Verluste bei jenem Modulationswert auftreten können, der die größte Frequenzänderung ergibt. Wenn jedoch der nutzbare Frequenzbereich schmal ist, so braucht die äquivalente Kristallinduktanz nicht gleich zu sein; auch ist es keineswegs erforderlich, daß die A/4-Netzwerke oder die impedanzumkehrenden Netzwerke so bemessen werden, daß sie genau gleich sind oder genau die Länge einer Viertelwellenlänge aufweisen. Die Bedingung für ein befriedigendes Arbeiten der Erfindung ist darin zu sehen, daß innerhalb des Frequenzarbeitsbereiches keine beträchtliche EMK an dem Dämpfungswiderstand auftritt, und wenn dieser Bereich schmal ist, kann der Bedingung mit geringerer Genauigkeit der Abmessungen des Schaltkreises genügt werden, als wenn der Bereich breit ist.

Im allgemeinen sollen zur Vermeidung einer Herabsetzung des Resonanzschärfefaktors (Q-Faktor) des Kristalls die Frequenzen der beiden Kristalle innerhalb von Grenzen von wenigstens ilQ einander gleich sein, und die äquivalenten Werte der Kristallinduktanzen sollen sich innerhalb der Grenzen von wenigstens fJQ f_d gleichen, wo f_ä die Frequenz der Abweichung von der Serienresonanz und /„ die Serienresonanzfrequenz ist.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von zwei Kristallkreisen mit einer zugeordneten, verlusteinführenden Kopplung beschränkt, da mehr als zwei solche Kreise und mehr als eine solche verlusteinführende Kopplung benutzt werden können. In der Praxis wird jedoch durch die Erhöhung der Anzahl der Kristallkreise und der verlusteinführenden Kopplungen nur der eine beachtenswerte Vorteil erreicht, daß eine Sicherung gegen den Kristallausfall in einem dieser Stromkreise erhalten wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Piezoelektrisch gesteuerte Schaltanordnung, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Kreisen mit piezoelektrischem Kristall, die so ausgebildet sind, daß sie eine gemeinsame Resonanzfrequenz haben und mit verlusteinführenden Kopplungsmitteln zwischen solchen Punkten in den Kristallkreisen versehen sind, welche in bezug auf die gemeinsame Resonanzfrequenz keine wesentliche Potentialdifferenz zwischen sich aufweisen, die aber in bezug auf andere Frequenzen eine solche Potentialdifferenz haben, daß die verlusteinführenden Mittel die Wirkung haben, durch Dämpfung die Schwingungen bei unerwünschten Frequenzen auszulöschen, während sie keinen wesentlichen Einfluß auf Schwingungen mit der gewünschten gemeinsamen Frequenz haben.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kristallkreise vorge-

sehen sind, die an korrespondierenden Punkten durch einen Widerstand miteinander gekoppelt sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Kristall mit zwei Gruppen von Elektroden vorgesehen ist, wobei jede Elektrodengruppe einem eigenen Schaltkreis zugeordnet ist und diese Schaltkreise widerstandsgekoppelt oder widerstandsverbunden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kristalle absichtlich mit etwas verschiedenen Elektroden- und Kristallabmessungen hergestellt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kristallbereiche, die den beiden Elektrodensätzen zugeordnet sind, absichtlich verschieden ausgebildet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ecke des Kristalls entfernt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall eine nicht in der Mitte gelegene Teilungsnut zwischen Elektrodengruppen aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodengruppen verschiedene Abmessungen aufweisen.
9. Anordnung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der beiden Kristalle innerhalb der Grenzen ilQ und die äquivalenten Kristallinduktanzwerte innerhalb der Grenzen fJQ fj gleich sind, wo Q den Resonanzschärfefaktor, f₀ die Serienresonanzfrequenz und f_d die Frequenz der Abweichung von der Serienresonanz bedeutet.

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