CH246825A - Piezoelektrische Einrichtung. - Google Patents

Description

      Piezoelektrische        Einrichtung.       Es     isst    bekannt,     piezoelektrische        Kristalle     als Schaltelemente in elektrischen Wellen  filtern zu verwenden. Bei der     Berechnung    sol  cher Kristallfilter gelangt man jedoch oft  auf     Kristalldimensionen,    welche aus techno  logischen.

   Gründen nicht mehr oder nur unter  grossen     Schwierigkeiten        realisiert    werden       können.       Bekanntlich     hängen        einerseits    die     statische     Kapazität Co und die     dynamische        Kapazität     C eines     längsschwingenden,

          piezoelektrischen          Kristallresonators    vom Verhältnis des Pro  duktes aus der Länge     l    und der Breite<I>b</I> des  selben zur     Kristalldicke    d ab und     anderseits     ist in gewissen Fällen das Verhältnis von  Bandbreite zu Wellenwiderstand den Grössen  Co und C direkt proportional.

       Zur        Erreichung     eines niedrigen     Wellenwiderstandes        bezw.     eines grossen     Verhältnisses.    Bandbreite zu  Wellenwiderstand würde man     somit        Kristall-          platten    benötigen, bei welchen das Verhält  nis
EMI0001.0030  
   gleichfalls gross     ist.    Bei gegebener  Fläche<I>t . b</I> gelangt man jedoch in     vielen     Fällen zu einer Kristalldicke d, welche die  zur Vermeidung von Brüchen notwendige  minimale Kristalldicke unterschreitet, so dass  ein     Filter    mit den betreffenden Daten nicht  verwirklicht werden kann.

   .    Es wäre nun an sich naheliegend, in sol  chen Fällen an     Stelle    eines längsschwingen  den     FilterkDistalles    mit den     berechneten    Ab  messungen.     h,        b1;        dz,   <I>n</I> Kristalle mit den Ab-         messungen        l,,        b1,   <I>n .</I>     d,.    in     Parallelschaltung     vorzusehen.

   Praktisch ist diese     Lösung        jedoch     kaum     durchführbar;    da die einzelnen parallel       geschalteten        Kristalle    zur Vermeidung von       Störungen        äm    Verlauf der     Filterkurve    in  ihren Resonanzfrequenzen sehr genau zur       Übereinstimmung    gebracht werden müssten,  was jedoch mit     einem    einigermassen tragbaren  Aufwand nicht     möglich    ist.  



  Gegenstand der     Erfindung        ist    nun     eine          piezoelektrische    Einrichtung mit     mindestens     einem     Kris@tallresonator,        bestehend    aus     min-          destens    zwei     aufenandergeschichtcten    und  mechanisch     miteinander        verbundenen    Kri  stallplatten, welche     gleichphasige        Dehnungs-          schwingungen    ausführen;

       wobei:    die     beidsei-          tig    mit Elektroden versehenen     Kristallplatten     elektrisch parallel geschaltet sind.  



  Mit dieser     Einrichtung    kann die Kapazi  tät wesentlich erhöht und damit der Wellen  widerstand     entsprechend    herabgesetzt werden.       Im        Gegensatz    zur rein     elektrischen    Parallel  schaltung hat die gleichzeitige     mechanische     Kopplung .der einzelnen     Kristallplatten    den  Vorteil,

   dass     dieselben    zu     einem    einzigen       Schwingungsgebilde    vereinigt sind und somit  die     Resonanzfrequenzen    der     Einzelplatten     nicht genau     übereinstimmen        m".üssen:     Einige     Ausführungsbeispiele    der Erfin  dung werden nun an Hand     der        Zeichnung.     näher     erläutert.     



  Die     Fig.    1 zeigt beispielsweise     einen.          längsschwingenden        Kristallresonator.    Die      drei     aufeinandergeschiehteten    und     mechanisch          miteinander        verbundenen        Kristallplatten        k,,          k2,        k3        haben,        dieselbe    Länge und Breite,

   wie  sie der dem dargestellten     Kristallresonator          entsprechende        Einzelkristall    aufweisen würde.  Die Dicke jeder der     Einzelplatten        k,,        k2,        k3     beträgt jedoch das     Dreifache    und     die    Gesamt  dicke des     Kristallresonators    somit das Neun  fache des     ihm    entsprechenden     Einzelkristalles.     Mit     e1,        e2,    es,     e,

      sind die     Kristallelektroden     bezeichnet und mit     q,        q2    die     Stromzufüh-          rungsleitungen.    Die horizontalen Pfeile geben  die     Schwingungsrichtung    der     Kristallplatten          k1,        k2,        k3    an.

       Die        Erregerspannung    ist     derart          an.        die        griatallelektroden    gelegt, dass die  Richtung des elektrischen     Feldes,    welche  durch die     vertikalen        Pfeile    angedeutet ist,  in zwei benachbarten     Einzelplatten    entgegen  gesetzt ist.

   Die     aneinanderstossenden    Flächen  der     Kristallplatten        kl,        k2,        k3    weisen somit       gleichartige        Ladungen        auf,    weshalb diesen       Kristallflächen    je     eine        gemeinsame    Elektrode       (e2,        e3)    zugeordnet     ist.    Damit die Einzelplat  ten     kl,        k2,

          k3        gleichphasig        ;schwingen    und das       gesamte        Kristallgebilde        einheitliche        Longitu-          dinalsehwingungen        ausführt,        weist    die     Kri-          stallplatte        k2    die entgegengesetzte     kristall:

  o-          grapbnsohe        Orientierung        auf    wie die     Kri-          stallplatten        1l,        k3.    Um das, Auftreten     uner-          wünschter        Schwingungskomponenten    zu ver  meiden,

   müssen     ferner    die in den Einzelplat  ten     erregten        Schwingungsamplituden    mit  einander     übereinstimmen.        Stimmen    die     Kri-          stallplatten.    hinsichtlich der     Materialkonstan-          ten    und der Abmessungen     miteinander    über  ein, so     ist        die        Bedingung        gleicher    Schwin  gungsamplituden stets erfüllt.

       Besteht.    da  gegen der     Kristallresonator        zur    Erzielung       besonderer        Daten    aus,     Kristallplatten    ver  schiedenen     Materials,    so     kann    die     Überein-          stimmung        der        Schwingungsamplituden    durch       verschiedene    Wahl der Dicke der Einzelplat  ten erzielt werden,

   wobei in den     letzteren          verschieden    grosse elektrische Feldstärken       auftreten.     



       Die        mechanisch    starre     Verbindung    der       einzelnen        Kristallplatten,    welche sich übri  gens     nicht    über die ganze     Berührungsfläche       derselben zu erstrecken braucht;     kann    nach  an sich     bekannten    Verfahren erfolgen. Die       Kristallplatten        können    z. B.     verkittet    oder  nach vorheriger     Metallisierung    verlötet wer  den.

   Bei gewissen     Kristallsorten        können.    die  Einzelplatten auch     durch    Verschmelzung des       Kristallmaterials    längs der vom Elektroden  belag     nicht        bedeckten    Ränder-     miteinander     verbunden werden.

   Ferner können die     Elek-          trodenbeläge    der     Einzelplatten    in- gewissen  Fällen     miteinander    verschweisst     werden.    Die       Verschweissung        kann        beispielsweise    durch       Wirbelstromerhitzung    erfolgen.

      Die     Fig.    2 zeigt ein Kristallfilter     prinzi-          piell        bekannter        Schaltung        (Brückenbandfil-          ter    nach     Cauer),    bei welchem die Brücken  zweige aus     gxistallresonatoren    gemäss     Fig.        I.          bestehen,    und in     Fig.    3 ist das Ersatzschema  dieses:

       Filters.        dargestellt.    Die beiden Längs  zweige des     Brückenfilters        sind    - durch den       Kristallresonator        gL    und die beiden     Diago-          nalzweige    durch den     Kristallresonator    KD       realisiert,    von denen jeder     aus        :

  drei    Einzel  platten     leL'*        kL",   <I>k</I>L"' und     kD',        kD",        kD"'    mit  je vier Doppelelektroden e besteht, wobei       wiederum    den     aneinanderstossenden    Kristall  flächen     gemeinsame        Elektroden..    zugeordnet       sind.    Die ausgezogenen Pfeile in     Fig.    2     s@tel-          len    den     Stromverlauf        in    den     Diagonalzweigen     und die  <RTI  

   ID="0002.0186">   gestrichelten    Pfeile den 'Stromver  lauf in den Längszweigen dar. Im Ersatz  schiema gemäss     Fig.    3 deuten die gestrichel  ten     Pfeile    die     gegenseitige        mechanische        Kopp-          lung    der     Einzelplatten    der     Kristallresönato-          ren        KL    und KD an.

           Die        Erfindung    beschränkt sich natürlich  nicht auf     FS:lteranordnungen,        sondern    er  streckt sich sinngemäss auf     alle        piezoelektri-          sehen        Einrichtungen,    bei welchen die Berech  nung der     Schwingkristalle    zu Kristalldimen  sionen führt, welche sich aus     technologischen     Gründen nicht mehr verwirklichen     lassen.     Darüber hinaus bietet     die        Erfindung    die Mög  lichkeit,

       durch        mechanische        Verbindung    von       Einzel'kristallplatten        aus    verschiedenen Mate  rialien     Krisstallresonatoren        mit        besonderen          physikalischen        Daten    zu erzielen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Piezoelektrische Einrichtung mit minde- stens einem gristallresonator, dadurch ge kennzeichnet, dass dieser aus, mindestens zwei aufeinandergeschichteten, miteinander mecha nisch verbundenen Einzelplatten besteht, welche gleichphasige Dehnungsschwingungen ausführen,

   wobei die beidseitig mit Elektro den versehenen Einzelplatten elektrisch par allel geschaltet sind. UNTERANSPRttCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten aus gleichem Material bestehen. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten aus verschiedenem Materiali bestehen.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten verschiedene kristallographische Orientierung aufweisen. 4. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten verkittet sind.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten, durch Verlötung der Elektrodenbeläge mit einander verbunden sind. 6. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten durch Verschweissung der Elektrodenbeläge miteinander verbunden sind.

   7. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten längs den nicht von den Elektrodenbelägen bedeckten Rändern miteinander verschmolzen sind.