CS201628B1 - Connection of the piezzoolectric crystal unit circuit - Google Patents

Connection of the piezzoolectric crystal unit circuit Download PDF

Info

Publication number
CS201628B1
CS201628B1 CS775575A CS557577A CS201628B1 CS 201628 B1 CS201628 B1 CS 201628B1 CS 775575 A CS775575 A CS 775575A CS 557577 A CS557577 A CS 557577A CS 201628 B1 CS201628 B1 CS 201628B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
capacitance
crystal unit
piezoelectric crystal
temperature
capacity
Prior art date
Application number
CS775575A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Josef Pavlovec
Vladimir Kvapil
Jaroslav Sramar
Original Assignee
Josef Pavlovec
Vladimir Kvapil
Jaroslav Sramar
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Josef Pavlovec, Vladimir Kvapil, Jaroslav Sramar filed Critical Josef Pavlovec
Priority to CS775575A priority Critical patent/CS201628B1/en
Priority to DD78207220A priority patent/DD138130A1/en
Priority to PL78209184A priority patent/PL209184A1/en
Publication of CS201628B1 publication Critical patent/CS201628B1/en

Links

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

Vynález se týká zapojení obvodu piezoelektrické krystalové jednotky, ve kterém je s piezoelektrickou krystalovou jednotkou zapojena sériová kapacita a sériová indukčnost a sériové uspořádání piezoelektrické krystalové jednotky a kapacity je přemostěno paralelní kapacitou.The invention relates to a circuit of a piezoelectric crystal unit in which a series capacitance and a series inductance are connected to the piezoelectric crystal unit, and the series arrangement of the piezoelectric crystal unit and the capacitance is bridged by parallel capacitance.

Dosud -byla minimalizace dosahována hlavně výběrem krystalových výbrusů potřebné orientace úhlu řezu, a to například pro resonáto-ry řezu AT křemene s přesností + 30 pro dosažení odchylky + 5 . 10“6 v rozmezí teplot — 25 až -j- 65 °C. Dále je využíváno teplotní kompensace kmitqětu pomocí teplotně proměnného napětí, získávaného odporovou sítí termistorů, přiváděného na napěťově závislou kapacitu varikapu zapojeného v sérii s piezoelektrickou krystalovou jednotkou.So far, minimization has been achieved mainly by selecting crystal cuts of the required cutting angle orientation, for example for quartz cut AT resonators with an accuracy of + 30 to achieve a deviation of + 5. 10 “ 6 in the temperature range - 25 to -j- 65 ° C. Furthermore, temperature compensation of the frequency is utilized by means of a temperature-varying voltage, obtained by a resistor network of thermistors, supplied to the voltage-dependent capacity of the variocap connected in series with the piezoelectric crystal unit.

Nevýhodami dosavadního stavu je, že dosažení přesných úhlů řezu je výrobně velmi náročné. Výběr resonátorů s přesností řezu + 30 má výtěžnost pro odchylku kmitočtu + 5.10-6 kolem 30%; orientaci s přesností + 10, potřebnou k dosažení minimální možné odchylky + 2,5 . 10'6 v rozmezí — 25 až -j- 65 °C, nelze prakticky výrobně provádět.The disadvantages of the prior art are that it is very difficult to produce precise cutting angles. The selection of resonators with a cut accuracy of + 30 has a yield for frequency deviation of + 5.10 -6 around 30%; orientation with an accuracy of + 10 required to achieve a minimum possible deviation of + 2.5. 10 ' 6 in the range of -25 to -65 ° C, practically impossible to produce.

V případě teplotní kompensace kmitočtu pomocí varikapu lze sice dosáhnout velmi malých změn, až + 5 . 10+ ovšem návrh i realizace poměrně složitého obvodového uspořá201628 dání jsou velmi náročné, obvod vyžaduje vytvoření velmi stabilního předpětí varikapu a zhotovení celého oscilátoru je podmíněno nákladnými investičními zařízeními.In the case of temperature compensation of the frequency using varikap, very small changes can be achieved, up to + 5. However, the design and implementation of a relatively complex circuit savings201628 are very demanding, the circuit requires the creation of a very stable variapro preload and the construction of the entire oscillator is subject to costly investment equipment.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení piezoelektrické krystalové jednotky, ve kterém je s piezoelektrickou krystalovou jednotkou zapojena sériová kapacita a sériová indukčnost a sériové uspořádání piezoelektrické krystalové jednotky a kapacity je přemostěno paralelní kapacitou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sériová kapacita má hodnotu v rozsahu od 6 do 150 pF, paralelní kapacita má hodnotu v rozsahu od 0 do 100 pF a sériová indukčnost má hodnotu v rozsahu od 0,05 μΗ d-o 100 μΗ, přičemž sériová kapacita a paralelní kapacita a sériová indukčnost při pokojové teplotě splňují vztah:The above drawbacks are overcome by the connection of a piezoelectric crystal unit in which the serial capacitance and series inductance are connected to the piezoelectric crystal unit and the series arrangement of the piezoelectric crystal unit and the capacitance is bridged by the parallel capacitance of the invention. 6 to 150 pF, parallel capacitance ranging from 0 to 100 pF, and series inductance ranging from 0.05 μΗ to 100 μΗ, where series capacitance and parallel capacitance and series inductance at room temperature satisfy the relation:

Ci2(l )2 C 12 (1 ) 2

Ci + C2 C 2 + C

CikjCikj

C|. + C2 + (cr+c5^i a sériová kapacita a paralelní kapacita splňují vztah:C |. + C 2 + (cr + c5 ^ ia and serial capacity and parallel capacity satisfy the relation:

í-^LCCi + c^-o kde ki, kž jsou teplotní koeficienty kapacitních reaktancí, ai resp a/ je teplotní koeficient prvního řádu kubické paraboly teplotní závislosti samotné piezoelektrické krystalové jednotky PKJ, resp. teplotní závislosti paraboly požadované, m je poměr dynamické kapacity Ch a statické kapacity Go piezoelektrické krystalové jednotky PKJ.where k i, k being the temperature coefficients of capacitance, and i and a is the first order temperature coefficient of the cubic parabola of the temperature dependence of the piezoelectric crystal unit PKJ, respectively. m is the ratio of the dynamic capacity C h and the static capacity G o of the piezoelectric crystal unit PKJ.

Výhodou zapojení obvodu piezoelektrické krystalové jednotky podle vynálezu je dosažení žádaného průběhu kmitočtu jednotky v závislosti na velikosti teplotních koeficientů kapacit, aniž by bylo nutno měnit orientaci destičky křemenného výbrusu. To znamená, že dosažení optimálního žádaného průběhu kmitočtu v rozmezí teplot není nutno vybírat krystalové výbrusy s orientací s přesností 30 úhlových vteřin, ale provést nastavení volbou vhodné velikosti kapacit C| resp C2.The advantage of the circuit of the piezoelectric crystal unit according to the invention is that it achieves the desired frequency of the unit depending on the magnitude of the capacitance temperature coefficients without having to change the orientation of the quartz wafer plate. This means that it is not necessary to select crystal cuts with an accuracy of 30 arc seconds to achieve the optimum desired frequency response in the temperature range, but to adjust by selecting the appropriate C | resp C 2 .

Vynález bude nyní blíže vysvětlen s přihlédnutím na přiložený výkres, na kterém obr. 1 představuje uspořádání zapojení obvodu piezoelektrické krystalové jednotky podle vynálezu a obr. 2 znázorňuje teplotní závislost kmitočtu křemenných rezonátorů řezu AT.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows the circuit diagram of the piezoelectric crystal unit of the invention and Fig. 2 shows the temperature dependency of the quartz resonator frequency AT.

Obvykle je zapojení obvodu podle vynálezu realizováno kapacitou Ci připojenou v sérii s piezoelektrickou krystalovou jednotkou PKJ, kapacitou C2, která paralelně přemosťuje sériovou kombinaci kapacity a piezoelektrické krystalové jednotky PKJ a indukčností L připojenou v sérii k této kombinaci.Typically, the circuit according to the invention is realized by a capacitance C1 connected in series with a piezoelectric crystal unit PKJ, a capacitance C 2 which bridges in parallel a series combination of capacitance and piezoelectric crystal unit PKJ and an inductance L connected in series to this combination.

Teplotní závislost kmitočtu křemenných rezonátorů řezu AT je dána kubickou parabolou, viz křivka a obr. 2 typu f-fo _ fo = ai (T - To) + a2 (T - To)2 + a3 (T - To)3, kde f je kmitočet piezoelektrické krystalové jednotky PKJ při teplotě T; ai a2, a3 jsou teplotní koeficienty prvního, druhého a třetího řádu; f0 je kmitočet při teplotě To.Temperature dependence of frequency of quartz resonators sectional AT is given by the cubic parabola as curve a in FIG. 2 type f-fo _ fo = i (T - T o) + A 2 (T - T o) 2 + a3 (T - To) 3 where f is the frequency of the piezoelectric crystal unit PKJ at temperature T; a1 and a2, a3 are first, second and third order temperature coefficients; f 0 is the frequency at temperature T o .

Vynález vychází z možnosti úpravy koeficientu a4 lineární části shora uvedené třetí závislosti, jehož změnou je možho v používaném úhlovém rozmezí orientace destiček řezu AT křemene dosáhnout natočení kubické paraboly kolem jejího inflexního bodu, odpovídající například optimálnímu úhlu řezu křemenné destičky resonátoru.The invention is based on the possibility of adjusting the coefficient and the 4 linear part of the aforementioned third dependence, the change of which can be used to rotate the cubic dish around its inflection point corresponding to the optimum cutting angle of the quartz plate of the resonator.

Při použití kapacit s lineární teplotní závislostí s kladným teplotním koeficientem kapacity proběhne natočení paraboly ve směru hodinových ručiček, viz křivka b obr. 2, s kapacitami se záporným koeficientem ve směru' opáleném, křivka c. Vzhledem k tomu, že připojení kapacity k piezoelektrické krystalové jednotce PKJ způsobí rovněž odtažení kmitočtu k vyšším hodnotám a nevýhodné natočení fáze, je ke kombinaci kapacit připojena indukčnost, která tyto poměry vyrovnává.When using capacitances with linear temperature dependence with positive temperature coefficient of capacitance, the dish is rotated clockwise, see curve b of Fig. 2, with capacitances with negative coefficient in the tanned direction, curve c. Because the capacitance is connected to piezoelectric crystal It also causes the withdrawal of the frequency to higher values and a disadvantageous phase rotation.

Hodnoty kapacit a indukčností pro dosažení potřebného průběhu kmitočtových odchylek v rozmezí teplot (nejčastěji pro jejich minimalizaci) jsou dány prvními dvěma vztahy.The values of capacitances and inductances to achieve the required frequency deviations in the temperature range (most often to minimize them) are given by the first two relationships.

Příklad provedení zapojeni obvodu piezoelektrické krystalové jednotky podle vynálezu:An exemplary embodiment of the circuit of a piezoelectric crystal unit according to the invention:

piezoelektrická krystalová jednotka PKJ kmitočtu f = 14,2 MHz, o statické kapacitě Co — 3,95 pF a dynamické kapacitě Ch = 16,8 mpF má odchylku A f/f = -j- 2,8 . 10“5 v rozmezí teplot —25 až -j-65 °C. Průběh teplotní závislosti je dán kubickou parabolou s hodnotou koeficientu ai = —7,6.10“7. Kompensační obvod se skládá z kapacity Q = 37 pF připojené v sérii s piezoelektrickou krystalovou jednotkou PKJ, z kapacity C2 = 27 pF, jež je paralelně připojena ke kombinaci sériové kapacity Ci a piezoelektrické krystalové jednotky PKJ, a z sériové indukčností L = 2,1 μΗ. Kpndenzátory C| a C2 se zápornou hodnotou teplotního koeficientu kapacity ki — k2 = —500 . 10“6/°C způsobí natočení kubické paraboly teplotní závislosti tak, že celková kmitočtová odchylka v rozmezí teplot je + 2,5 .The piezoelectric crystal unit PKJ of the frequency f = 14.2 MHz, with a static capacitance C o - 3.95 pF and a dynamic capacitance C h = 16.8 mpF has a deviation A f / f = -j- 2.8. 10 -5 in the temperature range of -25 to -65 ° C. The course of the temperature dependence is given by the cubic dish with the value of the coefficient ai = —7,6.10 “ 7 . The compensation circuit consists of a capacitance Q = 37 pF connected in series with a piezoelectric crystal unit PKJ, a capacitance C 2 = 27 pF connected in parallel to a combination of a serial capacitance Ci and a piezoelectric crystal unit PKJ, and a series inductance L = 2.1 μΗ. Capacitors C and C 2 with a negative capacity temperature coefficient ki - k 2 = —500. 10 6 6 / ° C causes the rotation of the cubic parabola of temperature dependence so that the total frequency deviation in the temperature range is + 2.5.

. 10“6. Tato parabola má hodnotu koeficientu a’ = —1,6 . 10“'. Při použití kapacitních reaktancí s lineární závislostí kapacity na teplotě, (s konstantním teplotním koeficientem kapacity v rozmezí teplot), je možno dosáhnout nejvýše teplotní změny kmitočtu dané optimální orientací krystalového výbrusu. Pro dosažení menší teplotní změny je třeba použít reaktance s nelineárním průběhem kapacity, blížícím se v požadovaném rozmezí teplot kubické parabole s inflexnim bodem v okolí teploty To. Tímto způsobem lze získat plochý průběh výsledné kubické závislosti kmitočtu dané třetím vztahem, kdy se mění koeficient třetího řádu a3.. 10 “ 6 . This dish has a coefficient value of a '= -1.6. 10 "'. By using capacitance reactants with linear dependence of capacity on temperature (with constant temperature coefficient of capacitance in the temperature range), it is possible to achieve maximum temperature change of frequency given by optimal orientation of crystal cut. To achieve a smaller temperature change, it is necessary to use reactances with a non-linear capacity curve approaching the desired temperature range of the cubic dish with an inflection point around the temperature T o . This way can obtain flatter frequency resulting cubic dependence of the third relationship when it changes the coefficient of the third order and third

Claims (2)

PREDMET VYNÁLEZUOBJECT OF THE INVENTION Zapojení piezoelektrické krystalové jednotky, ve které je s piezoelektrickou krystalovou jednotkou zapojena sériová kapacita a sériová indukčnost a sériové uspořádání piezoelektrické krystalové jednotky a kapacity je přemostěno paralelní kapacitou, vyznačené tím, že sériová kapacita (Ci) má hodnotu v rozsahu od 6 do 150 pF, paralelní kapacita (C2) má hodnotu v rozsahu od 0 do 100 pF a sériová indukčnost (L) má hodnotu v rozsahu od 0.05 μΗ do 100 μΗ, přičemž sériová kapacita (Ci) a paralelní kapacita (C2) a sériová in3 dukčnost (L) při pokojové teplotě splňují vztah:A piezoelectric crystal unit wiring in which the serial capacitance and series inductance is coupled to the piezoelectric crystal unit and the series configuration of the piezoelectric crystal unit and capacitance is bridged by parallel capacitance, characterized in that the serial capacitance (Ci) is in the range of 6 to 150 pF, the parallel capacitance (C 2 ) has a value in the range of 0 to 100 pF and the series inductance (L) has a value in the range of 0.05 μ přičemž to 100 μ přičemž, with the serial capacitance (Ci) and the parallel capacitance (C 2 ) and (L) at room temperature satisfy the relation: Co C o 2C|C2k^2C | C k ^ 2 CJ (1 c2 2 |C|k| c, : C2 C, + C2 CJ (1 c 2 2 | C | k | c, C 2 C, + C 2 CjCJC^! + Cik2)· , v 2 + —δΓ+ο5»-Γ** a sériová kapacita (CJ a paralelní kapacita (C2) splňují vztah:CjCJC ^! + Cik 2 ) ·, v 2 + —δΓ + ο5 »-Γ ** and serial capacity (CJ and parallel capacity (C 2 ) satisfy the relation: 1 - ω2 L (Ct + C2) = 0, kde · kj, k2 jsou teplotní koeficienty kapacitních reaktancí, aj resp. a\ je teplotní koeficient prvního řádu kubické paraboly teplotní závislosti samotné piezoelektrické krystalové jednotky PKJ, resp. teplotní závislosti paraboly požadované a m je poměr dynamické kapacity Ch a statické kapacity Co piezoelektrické krystalové jednotky PKJ.1 - ω 2 L (C t + C 2 ) = 0, where · kj, k 2 are temperature coefficients of capacitance, aj resp. and \ is the first order temperature coefficient of the cubic parabola of the temperature dependence of the piezoelectric crystal unit PKJ, respectively. The temperature dependence of the parabola required by am is the ratio of the dynamic capacity C h and the static capacity C o of the piezoelectric crystal unit PKJ.
CS775575A 1977-08-29 1977-08-29 Connection of the piezzoolectric crystal unit circuit CS201628B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS775575A CS201628B1 (en) 1977-08-29 1977-08-29 Connection of the piezzoolectric crystal unit circuit
DD78207220A DD138130A1 (en) 1977-08-29 1978-08-10 CIRCUIT ARRANGEMENT OF A PIEZOELECTRIC CRYSTAL UNIT
PL78209184A PL209184A1 (en) 1977-08-29 1978-08-23 LAYOUT OF THE PIEZOELECTRIC SUB-ASSEMBLY

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS775575A CS201628B1 (en) 1977-08-29 1977-08-29 Connection of the piezzoolectric crystal unit circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS201628B1 true CS201628B1 (en) 1980-11-28

Family

ID=5400890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS775575A CS201628B1 (en) 1977-08-29 1977-08-29 Connection of the piezzoolectric crystal unit circuit

Country Status (3)

Country Link
CS (1) CS201628B1 (en)
DD (1) DD138130A1 (en)
PL (1) PL209184A1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL209184A1 (en) 1979-05-07
DD138130A1 (en) 1979-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5473289A (en) Temperature compensated crystal oscillator
US20150084703A1 (en) Speed of light referenced oscillator
JPH0150129B2 (en)
JPS6122481B2 (en)
JP2003152487A (en) Temperature characteristic adjusting method of surface acoustic wave device and surface acoustic wave device
JPS6126726B2 (en)
US5691671A (en) Method and apparatus for a crystal oscillator using piecewise linear odd symmetry temperature compensation
US20200287557A1 (en) Frequency synthesis with reference signal generated by opportunistic phase locked loop
JPH0715274A (en) High frequency saw filter and surface acoustic wave function element using high-stability high coupling saw substrate
CS201628B1 (en) Connection of the piezzoolectric crystal unit circuit
US3978432A (en) Oscillator having plural piezoelectric vibrators parallel connected for temperature compensation
NO842570L (en) IMPROVED LAST ENERGY RESONATOR FOR USE IN MULTIRSONATORS
GB2086132A (en) Mode coupled piezo-electric tuning fork resonator
JP2005086233A (en) Method for adjusting frequency-temperature characteristics of surface acoustic wave device and surface acoustic wave device
US3697890A (en) Wide deviation voltage controlled crystal oscillator with temperature compensation
US3463945A (en) Piezo-electric crystal circuit arrangements
JPH02100514A (en) delay line
US2204762A (en) Piezoelectric crystal apparatus
US4350961A (en) Electronic timepiece
Candelier et al. Low profile high stability digital tcxo: ultra low power consumption tcxo
JP2931595B2 (en) Digital temperature compensated oscillator
JP2580660Y2 (en) Temperature compensated crystal oscillation circuit
JPH0418805A (en) Multi-frequency digital temperature compensating oscillator
JP2917154B2 (en) Temperature compensated crystal oscillator
Gonda et al. A wide pull range hybrid VCSO for optical transmission networks