DE112005002645T5

DE112005002645T5 - Komplexer Resonanzkreis und Schwingkreis, der denselben Verwendet

Info

Publication number: DE112005002645T5
Application number: DE112005002645T
Authority: DE
Inventors: Koichi Hirama
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2009-03-05
Also published as: JPWO2006046672A1; WO2006046672A1; US20080136542A1; US7893784B2; JP2012023756A; JP5052136B2; US20110043080A1

Abstract

Komplexer Resonanzkreis mit:
mindestens zwei Resonanzelementen, die jeweils verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen; und
einer elektrischen Leistungsversorgungsschaltung zum Teilen einer elektrischen Leistung in zwei Teile, um sie zu den zwei jeweiligen Resonanzelementen mit einem veränderlichen Teilungsverhältnis zu liefern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen komplexen Resonanzkreis mit einem piezoelektrischen Vibrator wie z. B. einem Quarzresonator, einer Spule, einem Kondensator und einem zu diesen äquivalenten Element. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Schwingkreis und ein Filter, das den komplexen Resonanzkreis verwendet.
Stand der Technik
Ein Resonanzkreis mit einer Spule, einem Kondensator und einem zu diesen äquivalenten Schaltungselement wird in verschiedenen elektronischen Schaltungen verwendet. Der Resonanzkreis muss häufig eine Resonanzfrequenz-Steuerfunktion besitzen. Eine Resonanzfrequenz des Resonanzkreises wird typischerweise durch Ändern von einem oder beiden eines Induktivitätswerts der Spule und eines Kapazitätswerts des Kondensators gesteuert. Als eine von vielen wichtigen elektrischen Schaltungen, die ein Resonanzverhalten des Resonanzkreises verwendet, waren ein Schwingkreis und ein Filter bekannt. Der Schwingkreis und das Filter sind elektronische Teile, die für den Betrieb beispielsweise eines tragbaren Telephons und verschiedener Kommunikationsgeräte unentbehrlich sind. Außerdem müssen der Schwingkreis und das Filter häufig eine Schwingungsfrequenz-Steuerfunktion bzw. eine Frequenzcharakteristik (eine Durchlassbereich-Frequenzcharakteristik und eine Sperrbereich-Frequenzcharakteristik) aufweisen.
Der Schwingkreis und das Filter sind typischerweise mit einem piezoelektrischen Vibrator versehen. Dies liegt daran, dass Schwankungen in einer Resonanzschwingungsfrequenz des piezoelektrischen Vibrators auf Grund von Alterung und der Umgebungstemperaturänderung im Vergleich zu anderen elektronischen Teilen relativ klein sind. Außerdem weist der piezoelektrische Vibrator eine ausgezeichnete Kurzzeitstabilität der Frequenz auf, so dass der piezoelektrische Vibrator für den Betrieb des Schwingkreises und die Verwendung elektronischer Vorrichtungen unentbehrlich ist. Eine piezoelektrische Eigenschaft eines piezoelektrischen Materials und eine Resonanzfrequenz-Charakteristik des piezoelektrischen Vibrators sind für das Filter auch äußerst nützlich.
Ein spannungsgesteuerter piezoelektrischer Schwingkreis wird weitgehend als TCXO (temperaturkompensierter Kristalloszillator) zum Steuern einer Referenzfrequenz eines tragbaren Telephons und eines Zeitwiederherstellungselements einer digitalen Schaltung verwendet. Der spannungsgesteuerte piezoelektrische Schwingkreis besitzt typischerweise eine Frequenzsteuerfunktion. Eine Frequenz des spannungsgesteuerten piezoelektrischen Schwingkreises wird typischerweise durch ein Element mit variabler Reaktanz wie z. B. eine Diode mit variabler Kapazität gesteuert.
Die Betriebsfrequenzen eines typischen piezoelektrischen Vibrators variieren in einem Bereich von mehreren kHz bis zu mehreren zehn GHz und folglich erzeugt der piezoelektrische Vibrator ein Signal, dessen Frequenz über den derartigen breiten Bereich eingestellt wird. In Abhängigkeit von der Frequenz werden Schwingungsbewegungen des piezoelektrischen Vibrators beispielsweise als Stimmgabelschwingung, Biegeschwingung, Längsschwingung (Dehnungsschwingung), Flächenscherschwingung, Dickenscherschwingung, Oberflächenwellenschwingungen, einschließlich einer Flächenscherung, Kopplungsmodenschwingung und Stonely-Oberflächenwelle, bezeichnet.
In letzter Zeit werden piezoelektrische Resonatoren, die als SMR (Resonator mit fester Halterung) und FBAR (Filmkörper-Schallresonator) bezeichnet werden, vorgeschlagen. Eine piezoelektrische Vorrichtung (siehe beispielsweise "Technical Handbook of Surface Acoustic Wave Device", herausgegeben vom 150. Committee an Technology of Surface Acoustic Wave Device of Japan Society for the Promotion of Science, veröffentlicht von Ohmsha, Ltd., 1991, und "Technical Handbook of Surface Acoustic Wave Device", herausgegeben vom 150. Committee an Technology of Surface Acoustic Wave Device of Japan Society for the Promotion of Science, veröffentlicht von Ohmsha, Ltd., 2004) unter Verwendung der MEMS-Technologie (Technologie eines mikroelektromechanischen Systems) wird auch vorgeschlagen. Eine neue Art von Resonator mit verschachtelten Elektroden, um Lamb-Wellen mit hoher Frequenz zu erregen (siehe beispielsweise japanisches Patent Nr. 3400165 ), wird auch vorgeschlagen.
Ein niedriger elektrischer Leistungsverbrauch und eine Miniaturisierung des Schwingkreises werden jedoch durch die Diode mit variabler Kapazität zum Steuern einer Frequenz davon verhindert.
Wegen der Erweiterung des Bereichs der variablen Frequenz des Schwingkreises ist es erforderlich, eine Variationsbreite des Kapazitätswerts der Diode mit variabler Kapazität zu vergrößern. Die Variationsbreite der Diode mit variabler Kapazität hängt jedoch von einer Variationsbreite einer an diese angelegten Spannung ab, folglich ist es erforderlich, die angelegte Spannung zu erhöhen. Eine Anforderung zum Erweitern des Bereichs der variablen Frequenz steht mit einer Anforderung zum Verringern der angelegten Spannung des Schwingkreises in Konflikt. Daher sind sowohl eine Verringerung einer Versorgungsspannung, die für einen niedrigen Leistungsverbrauch wirksam ist, als auch eine IC-Integration zur Miniaturisierung nicht gemeinsam möglich.
Zum Zweck der Verringerung der Versorgungsspannung wird eine Diode mit variabler Kapazität des Superkaskadentyps mit großer Variationsbreite eines Kapazitätswerts als Diode mit variabler Kapazität verwendet. In einer derzeitigen Fertigungslinie kann die Diode mit variabler Kapazität dieses Typs zusammen mit anderen Schaltungsteilen nicht der Miniaturisierung halber in eine IC-Vorrichtung integriert werden. Daher besteht keine andere Wahl, als einen Schwingkreis durch Montieren der Diode mit variabler Kapazität als einzelnen Schaltungsteil herzustellen.
Überdies ist ein Mittel zum genauen Steuern einer Frequenz über den breiten Bereich nicht nur in einem Schwingkreis, sondern auch einem Filter und verschiedenen Resonanzkreisen nützlich. Ein neues Frequenzsteuermittel, das die Diode mit variabler Kapazität ersetzt, wird verlangt.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme und schafft einen Resonanzkreis, der ein Element mit variabler Reaktanz und ein Element mit variabler Induktivität beseitigen kann, die beide in einem typischen Resonanzkreis verwendet werden, und auch eine Schwingungsfrequenz eines piezoelektrischen Resonators und eine Frequenzcharakteristik eines Filters steuern kann. Die vorliegende Erfindung schafft auch einen Schwingkreis und ein Filter unter Verwendung des Resonanzkreises. Die vorliegende Erfindung schafft auch einen komplexen Resonanzkreis mit einem piezoelektrischen Vibrator, dessen Frequenz über einen breiten Bereich über eine Begrenzung einer Breite einer variablen Frequenz hinaus eingestellt werden kann. Die variable Frequenz hängt von der Schwingungsbewegung des piezoelektrischen Vibrators ab.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein komplexer Resonanzkreis mit mindestens zwei Resonanzelementen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen und einer elektrischen Leistungsversorgungsschaltung zum Liefern einer elektrischen Leistung zu den Resonanzelementen mit einem variablen Teilungsverhältnis geschaffen. Die elektrische Leistungsversorgungsschaltung umfasst zwei elektrische Leistungsversorgungspfade, die jeweils mit den zwei Resonanzelementen verbunden sind, und zwei variable Dämpfungsglieder oder zwei Verstärker mit variabler Verstärkung, von denen jeder in jeden der elektrischen Leistungsversorgungspfade eingefügt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine piezoelektrische Schwingungsvorrichtung mit einem einzelnen piezoelektrischen Substrat, mindestens drei Elektrodenpaaren, die auf dem Substrat ausgebildet sind, und zwei externen Verbindungsanschlusspaaren geschaffen. Die drei Elektrodenpaare sind mit den zwei Paaren von externen Verbindungsanschlüssen verbunden, so dass zwei verschiedene Schwingungsmoden individuell an den externen Verbindungsanschlüssen erscheinen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schwingkreis mit einem Verstärker und einem Rückkopplungsteil zum Bilden eines Rückkopplungspfades, der über ein Ausgangsende des Verstärkers und ein Eingangsende des Verstärkers verbindet, geschaffen. Der Rückkopplungsteil besitzt einen positiven Rückkopplungspfad, der über das Ausgangsende und das Eingangsende verbindet, und einen negativen Rückkopplungspfad, der über das Ausgangsende und das Eingangsende verbindet. Der negative Rückkopplungspfad, der vom positiven Rückkopplungspfad unabhängig ist, besitzt mindestens zwei Resonanzelemente mit verschiedenen Resonanzfrequenzen und eine elektrische Leistungsversorgungsschaltung zum Liefern einer elektrischen Leistung, die vom Ausgangsende zu den Resonanzelementen in einem variablen Teilungsverhältnis geliefert wird.
Der komplexe Resonanzkreis der vorliegenden Erfindung hat eine Eigenschaft, dass eine Parallelresonanzfrequenz davon durch unabhängiges Ändern von Spannungen oder Strömen zum Erregen von Schwingungen der Resonanzelemente eingestellt werden kann. Ein Schwingkreis und ein Filter unter Verwendung der Eigenschaft des komplexen Resonanzkreises sind konfiguriert und können auf der Basis eines neuen Frequenzsteuerverfahrens betrieben werden, das herkömmlich nicht bekannt war. Die vorliegende Erfindung eröffnet den Weg zum Verwirklichen eines Frequenzsteuerverfahrens mit etwa einer Parallelresonanzfrequenz und zum Konfigurieren eines Schwingkreises unter Verwendung des Frequenzsteuerverfahrens. Das Frequenzsteuerverfahren wurde nicht in tatsächlichen Gebrauch umgesetzt, da eine hohe Impedanz eine Begleiterscheinung ist.
Eine piezoelektrische Vorrichtung besitzt mehrere Elektroden, die auf einem piezoelektrischen Substrat wie z. B. einem Quarzsubstrat ausgebildet sind, das als MCF (monolithisches Kristallfilter) bekannt ist. Durch Anordnen und Verbinden der mehreren Elektroden so, dass mehrere natürliche Schwingungsmoden erzeugt werden, erscheint eine Parallelresonanzfrequenz zwischen den Resonanzfrequenzen. Die Anordnung und Verbindung der Elektroden sind grundsätzlich von einem herkömmlichen Verfahren verschieden. Der komplexe Resonanzkreis der vorliegenden Erfindung verwendet eine physikalische Eigenschaft, dass die Parallelresonanzfrequenz in Reaktion auf ein Verhältnis von relativen Ausgangspegeln von Hochfrequenzsignalen, die zu den Resonanzkreisen fließen, variieren kann. Der komplexe Resonanzkreis der vorliegenden Erfindung kann ein Element mit variabler Reaktanz wie z. B. eine Diode mit variabler Kapazität, die zum Steuern einer Schwingungsfrequenz-Charakteristik und einer Filterfrequenz-Charakteristik unentbehrlich ist, beseitigen und ist daher zum Verringern der daran angelegten Spannung und zum Verringern des elektrischen Stromverbrauchs geeignet.
Die Impedanzen des Filters und des Schwingkreises der vorliegenden Erfindung sind so hoch, dass folglich die Wirksamkeit einer Widerstandskomponente einer Peripherieschaltungsanordnung verringert wird und ein hoher Gütewert und eine ausgezeichnete Charakteristik in einer Kurzzeitstabilisierung einer Schwingungsfrequenz vorliegen. Das Filter der vorliegenden Erfindung kann eine signifikante schnelle Dämpfungscharakteristik und außerdem eine Charakteristik mit einstellbarer Frequenz aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Draufsicht, die eine erste Ausführungsform eines komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
1B ist eine schematische Seitenansicht, die die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt;
2B ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt;
2C ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt;
2D ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt;
2E ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt;
2F ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt;
3 ist ein schematischer Schaltplan, der eine Messschaltung zum Messen einer Frequenzcharakteristik des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Graph, der Frequenzcharakteristiken für die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Graph, der Frequenzcharakteristiken für die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6A ist ein Graph, der Frequenzcharakteristiken für die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6B ist ein Graph, der Frequenzcharakteristiken für die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6C ist ein Graph, der Frequenzcharakteristiken für die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Graph, der experimentelle Frequenzcharakteristiken für die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die die Messschaltung von 3 darstellt;
8B ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die den komplexen Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
8C ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die den komplexen Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
8D ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die den komplexen Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 ist eine schematische Draufsicht, die eine zweite Variation der ersten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine schematische Draufsicht, die eine dritte Variation der ersten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11A ist eine schematische Draufsicht, die eine zweite Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11B ist eine schematische Draufsicht, die eine erste Variation der zweiten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12A ist eine schematische Seitenansicht, die eine zweite Variation der zweiten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12B ist eine schematische Draufsicht, die die zweite Variation der zweiten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12C ist eine schematische Draufsicht, die die zweite Variation der zweiten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine dritte Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13B ist eine schematische Querschnittsansicht, die die dritte Ausführungsform entlang der Linie A-A' von 13A zeigt;
13C ist eine schematische Ansicht, die vier Elektroden eines oberen Teils einer Doppel-Stimmgabelstruktur der dritten Ausführungsform zeigt;
13D ist eine schematische Ansicht, die acht Elektroden eines unteren Teils der Doppel-Stimmgabelstruktur der dritten Ausführungsform zeigt;
13E ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerung des oberen Teils der Doppel-Stimmgabelstruktur der dritten Ausführungsform zeigt;
13F ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerung des unteren Teils der Doppel-Stimmgabelstruktur der dritten Ausführungsform zeigt;
14A ist ein schematischer Schaltplan, der eine erste Ausführungsform eines Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14B ist ein schematischer Schaltplan, der eine Variation der ersten Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist ein Graph, der eine Frequenzcharakteristikkurve für die erste Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist ein schematischer Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
17A ist ein schematischer Schaltplan, der eine erste Ausführungsform eines Filters unter Verwendung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
17B ist ein schematischer Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform eines Filters unter Verwendung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ist ein schematischer Schaltplan, der ein herkömmliches Doppelmodenfilter zeigt;
19A ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des herkömmlichen Doppelmodenfilters von 18 in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt.
19B ist eine schematische Zeichnung, die eine Schwingungsverlagerungsverteilung des herkömmlichen Doppelmodenfilters von 18 in einer natürlichen Schwingungsmode zeigt.
20 ist ein Graph, der experimentelle Frequenzcharakteristiken für eine Variation der ersten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
21A ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die den komplexen Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
21B ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die den komplexen Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
21C ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die den komplexen Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
22A ist ein schematischer Schaltplan, der eine dritte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufheben von parallelen Kapazitäten zeigt;
22B ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die die dritte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufheben von parallelen Kapazitäten darstellt;
22C ist ein schematischer Schaltplan, der eine Variation der dritten Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufheben von parallelen Kapazitäten zeigt;
23 ist ein Graph, der experimentelle Frequenzcharakteristiken für die dritte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
24A ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die die Ersatzschaltung von 22B darstellt;
24B ist ein schematischer Schaltplan, der eine Ersatzschaltung zeigt, die die dritte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufheben von parallelen Kapazitäten darstellt;
25 ist ein schematischer Schaltplan, der eine vierte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
26 ist ein Graph, der experimentelle Frequenzcharakteristiken für die vierte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
27A ist ein schematischer Schaltplan einer Ersatzschaltung, die die vierte Ausführungsform von 25 darstellt;
27B ist ein schematischer Schaltplan einer Ersatzschaltung, die die vierte Ausführungsform von 25 darstellt;
27C ist ein Schaltplan einer Ersatzschaltung, die die vierte Ausführungsform von 25 darstellt; und
28 st ein schematischer Schaltplan, der eine fünfte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Einzelnen beschrieben.
Es ist gut bekannt, dass eine piezoelektrische Vorrichtung wie z. B. ein piezoelektrischer Vibrator typischerweise eine große Anzahl von natürlichen Schwingungsmoden aufweist. Die natürlichen Schwingungsmoden können in eine Anzahl von Modentypen klassifiziert werden. Natürliche Schwingungsmoden mit einer ähnlichen Schwingungscharakteristik gehören zu einer der Modengruppen. Auf der Basis der Schwingungscharakteristik werden die Modengruppen beispielsweise als Biegeschwingung (einschließlich einer Stimmgabelschwingung), Längsschwingung (Dehnungsschwingung), Flächenscherschwingung, Breitendehnungsschwingung, Dickenscherschwingung, Dickenlängsschwingung, Rayleigh-Oberflächenwellenschwingung, Leakey-Oberflächenwellenschwingung, Hori zontaloberflächenwellen-Scherschwingung, SMR-Schwingung und Stoneley-Oberflächenwellenschwingung bezeichnet.
Eine piezoelektrische Vorrichtung wie z. B. ein piezoelektrischer Vibrator, der eine ausgewählte natürliche Schwingungsmodengruppe verwendet, wird als "strukturelle Vorrichtung" bezeichnet. Sobald eine Struktur, eine Form und eine Größe der piezoelektrischen Vorrichtung definiert sind, kann folglich eine Schwingungscharakteristik der natürlichen Schwingungsmode anhand einer dominanten Konzeption einheitlich beschrieben werden, wie gut bekannt ist, selbst wenn irgendwelche Materialien (piezoelektrisches Material und Elektrodenmaterial) für die piezoelektrische Vorrichtung verwendet werden.
Eine Große Anzahl von natürlichen Schwingungsmoden, die zur gleichen Modengruppe gehören, werden als "natürliche Gruppenschwingungsmode" oder "natürliche Schwingungsmodengruppe" bezeichnet. Der Begriff "Modenordnung" wird zum individuellen Identifizieren der natürlichen Schwingungsmoden derselben Gruppen verwendet. Die Modenordnung wird auch als "harmonische Oberschwingungsordnung" und "unharmonische Oberschwingungsordnung" bezeichnet.
Der komplexe Resonator der vorliegenden Erfindung mit einem piezoelektrischen Material verwendet mindestens zwei natürliche Schwingungsmoden, die aus einer von natürlichen Schwingungsmodengruppen ausgewählt sind. Die mindestens zwei natürlichen Schwingungsmoden entsprechen mindestens zwei Modenordnungen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Ordnung der natürlichen Schwingungsmode beschrieben.
Eine piezoelektrische Vorrichtung wie z. B. ein piezoelektrischer Vibrator, in dem beide einer natürlichen Schwingungsmodengruppe und ihrer Ordnung ausgewählt sind, ist eine "strukturelle Vorrichtung". Sobald eine Struktur, eine Form, eine Größe und ein Material der piezoelektrischen Vorrichtung definiert sind, kann eine Schwingungscharakteristik der natürlichen Schwingungsmode definiert werden. Die piezoelektrische Vorrichtung kann anhand einer dominanten Konzeption universell bestimmt werden, wie gut bekannt ist, selbst wenn irgendwelche Materialien (piezoelektrisches Material und Elektrodenmaterial) für die piezoelektrische Vorrichtung verwendet werden. Wenn eine Mode niedrigster Ordnung einer Grundwelle in einer Dickenscherschwingung ausgewählt wird (eine natürliche Schwingungsmodengruppe ausgewählt wird), sind eine Struktur und eine Form des piezoelektrischen Vibrators vollständig definiert.
Wenn eine andere Ordnung der Schwingungsmode ausgewählt wird, wird die Form des piezoelektrischen Vibrators modifiziert, aber das strukturelle Konzept wird nicht modifiziert. Folglich wird die piezoelektrische Vorrichtung, deren Struktur modifiziert wird, auch anhand eines allgemeinen Konzepts einheitlich definiert, wie gut bekannt ist. Selbst wenn beispielsweise eine Dickenscherschwingungsmode ausgewählt wird und dann eine niedrigste Ordnung einer Grundwelle durch eine höchste Ordnung einer Grundwelle ersetzt wird, ist die entsprechende Struktur des piezoelektrischen Vibrators vollständig definiert. Daher kann eine Struktur der piezoelektrischen Vorrichtung auf der Basis der entsprechenden einen natürlichen Schwingungsmodengruppe definiert werden.
Die vorliegende Erfindung kann alle natürlichen Schwingungsmodengruppen verwenden. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung kann durch eine dominante Konzeption definiert werden, wobei ein technisches Gebiet, das durch eine Struktur eines piezoelektrischen Vibrators indivi duell definiert ist, enthalten ist. Um zu beschreiben, dass die vorliegende Erfindung alle natürlichen Schwingungsmodengruppen verwendet, werden drei Ausführungsformen des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zuerst beschrieben. Die erste bis dritte Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Dickenscherschwingung, eine Rayleigh-Oberflächenwellenschwingung bzw. eine Biegeschwingung. Dann wird die dominante Konzeption unter Verwendung von natürlichen Schwingungsmoden, die zu allen natürlichen Schwingungsmodengruppen gehören, beschrieben.
1A ist eine schematische Draufsicht, die eine erste Ausführungsform eines komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B ist eine schematische Seitenansicht, die die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der komplexe Resonanzkreis verwendet eine Dickenscherschwingung eines piezoelektrischen Substrats. Mehrere Elektroden 1 bis 8 sind auf einem piezoelektrischen Substrat X1 ausgebildet. Eine piezoelektrische Vorrichtung besitzt typischerweise mehrere natürliche Schwingungsmoden. Ein Paar von Elektroden ist mit der piezoelektrischen Vorrichtung verbunden und folglich können einige natürliche Schwingungsmoden, die unter den mehreren natürlichen Schwingungsmoden ausgewählt sind, durch Anlegen einer Spannung über die Elektrode gleichzeitig induziert werden. Wegen der Auswahl einer vorbestimmten natürlichen Schwingungsmode können Symmetrien und Formen der Elektroden geeignet ausgewählt werden. Außerdem können relative Abstände zwischen den Elektroden und dem piezoelektrischen Substrat und eine Asymmetrie einer Polarität eines angelegten Signals usw. geeignet ausgewählt werden.
Die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung, in der das piezoelektrische Substrat, das aus einem piezoelektrischen Material (Quarzsubstrat) ausgebildet ist, verwendet wird, wird auch als "komplexer Resonator" bezeichnet. Ein Prinzip der vorliegenden Erfindung, das mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben wird, ist nicht auf die Ausführungsformen begrenzt. Der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen komplexen Resonanzkreis mit anderen piezoelektrischen Materialien wie z. B. Keramik. Der komplexe Resonanzkreis kann durch mindestens ein Streifenleitungselement konfiguriert sein.
Wie in 1A und 1B gezeigt, umfasst ein komplexer Resonator Re1 eine erste Elektrode 1, eine zweite Elektrode 2, eine dritte Elektrode 3 und eine vierte Elektrode 4, die auf einer vorderen Oberfläche des scheibenförmigen piezoelektrischen Quarzsubstrats X1 benachbart ausgebildet sind. Die erste Elektrode 1, die zweite Elektrode 2, die dritte Elektrode 3 und die vierte Elektrode 4 sind einander zugewandt. Der komplexe Resonator Re1 umfasst ferner eine fünfte Elektrode 5, eine sechste Elektrode 6, eine siebte Elektrode 7 und eine achte Elektrode 8, die auf einer hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 ausgebildet sind. Die fünfte, sechste, siebte und achte Elektrode 5, 6, 7 und 8 liegen der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrode 1, 2, 3 bzw. 4 über das piezoelektrische Substrat X1 gegenüber. Zuleitungsdrähte, die sich zum Umfang des piezoelektrischen Substrats X1 erstrecken, sind jeweils mit den Elektroden verbunden. Die Elektroden sind mit anderen Elektroden oder externen Verbindungsanschlüssen T1, T2, T3 und T4 verbunden. In 1A sind die auf der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 ausgebildeten Elektroden mit Ziffern (5), (6), (7) und (8) bezeichnet und die auf der hinteren Oberfläche ausgebildeten Zuleitungsdrähte usw. sind durch gestrichelte Linien bezeichnet.
Die Verbindung zwischen den Zuleitungsdrähten und den Elektroden wird nun beschrieben. Wie in 1A gezeigt, sind die Elektroden über die Zuleitungsdrähte miteinander verbunden. Sowohl die erste Elektrode 1 als auch die zweite Elektrode 2 sind mit einem ersten externen Anschluss T1 verbunden. Sowohl die fünfte Elektrode 5 als auch die sechste Elektrode 6 sind mit einem zweiten externen Anschluss T2 verbunden. Sowohl die dritte Elektrode 3 als auch die achte Elektrode 8 sind mit einem dritten externen Anschluss T3 verbunden. Sowohl die vierte Elektrode 4 als auch die siebte Elektrode 7 sind mit einem vierten externen Anschluss T4 verbunden.
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der komplexe Resonator mindestens zwei Elektrodenpaare, die auf der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, und mindestens zwei Elektrodenpaare, die auf der hinteren Oberfläche ausgebildet sind, so dass jedes der Elektrodenpaare unabhängig mit dem piezoelektrischen Substrat piezoelektrisch gekoppelt ist. Für den Zweck der Unterdrückung von störenden Schwingungserregungen ist es bevorzugt, dass die vier Elektrodenpaare auf Hauptoberflächen des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, so dass sie im Wesentlichen in der horizontalen und vertikalen Richtung der Hauptoberflächen des Substrats zueinander symmetrisch sind. Wie in 1A gezeigt, ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Elektroden in Bezug auf einen Mittelpunkt des piezoelektrischen Substrats symmetrisch sind.
Die Größen der Elektroden der ersten Ausführungsform werden nun speziell beschrieben. In 1A und 1B erregt die piezoelektrische Platte X1, die ein AT-geschnittenes kreisförmiges Quarzsubstrat mit einem Durchmesser von etwa 8 mm ist, eine Resonanzschwingungsfrequenz von etwa 10 MHz. Die Elektroden weisen eine quadratische Form mit 1,5 mm auf einer Seite auf und sind um einen Abstand von etwa 0,3 mm voneinander getrennt. Die Elektroden sind in der Mitte der piezoelektrischen Platte X1 so angeordnet, dass sie in der vertikalen und horizontalen Richtung der piezoelektrischen Platte X1 im Wesentlichen zueinander symmetrisch sind. Jeder der Zuleitungsdrähte hat eine Breite von etwa 0,3 mm. In einem Umfangsabschnitt der piezoelektrischen Platte X1 sind die Zuleitungsdrähte mit den externen Verbindungsanschlüssen T über einen leitenden Klebstoff usw. verbunden. Die Elektroden und die Zuleitungsdrähte, die aus einem Ag-Film mit einer Dicke von 150 nm ausgebildet sind, werden durch Verdampfen unter Vakuum ausgebildet.
Der komplexe Resonator Re1 von 1A ist durch die Anordnung der Elektroden und der Verbindungen zwischen den Elektroden gekennzeichnet. Sowohl die erste Elektrode 1 als auch die zweite Elektrode 2, die auf der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 ausgebildet sind, sind mit dem externen Anschluss T1 verbunden. Sowohl die fünfte Elektrode 5 als auch die sechste Elektrode 6, die auf der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 ausgebildet sind, sind mit dem Anschluss T2 verbunden. Sowohl die dritte Elektrode 3 als auch die achte Elektrode 8, die der dritten Elektrode 3 nicht gegenüberliegt, sind mit dem dritten Anschluss T3 verbunden. Sowohl die vierte Elektrode 4 als auch die siebte Elektrode 7, die der vierten Elektrode 4 nicht gegenüberliegt, sind mit dem vierten Anschluss T4 verbunden.
In Anbetracht von Unterschieden zwischen den Schwingungsmoden, die jeweils an externen Elektrodenpaaren erscheinen, sind die externen Anschlusspaare unterschiedlich als positives Anschlusspaar bzw. negatives Anschlusspaar definiert. In dem Fall, in dem ein externes Anschlusspaar von T1 und T2 als positives Anschlusspaar definiert ist, sind beispiels weise sowohl die erste Elektrode 1 als auch die zweite Elektrode 2 mit dem Anschluss T1 verbunden und sowohl die fünfte Elektrode 5 als auch die sechste Elektrode 6 sind mit dem Anschluss T2 verbunden. Mit anderen Worten, zwei auf der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildete Elektroden und zwei auf der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildete Elektroden sind mit dem externen Elektrodenpaar von T1 bzw. T2 verbunden.
Andererseits ist ein externes Anschlusspaar von T3 und T4, über dem eine vom positiven Anschlusspaar verschiedene Schwingungsmode erscheint, unterschiedlich als negatives Anschlusspaar definiert. Sowohl die dritte Elektrode 3 als auch die achte Elektrode 8 sind mit dem Anschluss T3 verbunden, der ein Anschluss des negativen Anschlusspaars ist. Sowohl die vierte Elektrode 4 als auch die siebte Elektrode 7 sind mit dem Anschluss T4 verbunden, der der andere Anschluss des negativen Anschlusspaars ist. Mit anderen Worten, zwei Elektroden, die jeweils auf den verschiedenen Oberflächen des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, und zwei Elektroden, die auf den verschiedenen Oberflächen des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, sind mit dem externen Elektrodenpaar von T3 bzw. T4 verbunden. Die Verbindung der Elektroden mit dem positiven Anschlusspaar ist als Verbindung mit positiver Polarität definiert. Die Verbindung der Elektroden mit dem negativen Anschlusspaar ist als Verbindung mit negativer Polarität definiert, deren Polarität zu der Verbindung mit positiver Polarität entgegengesetzt ist.
Eine Elektrodenstruktur und eine Funktionsweise der ersten Ausführungsform werden nun zum Erklären der Grundidee der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einer herkömmlichen piezoelektrischen Vorrichtung beschrieben.
Ein piezoelektrisches Doppelmodenfilter mit beispielsweise einer in 18 gezeigten Elektrodenstruktur ist herkömmlich bekannt. Zwei Elektrodenpaare von 21 (22) und 23 (24) liegen in Bezug auf ein piezoelektrisches Substrat X1 einander gegenüber. Die Elektroden 21 (22) und 23 (24) sind durch einen Abstand geringfügig getrennt. Die Elektroden 21 und 22 sind jeweils mit den externen Elektroden 41 und 42 über Zuleitungsdrähte verbunden. Die Elektroden 23 und 24 sind jeweils mit den externen Elektroden 43 und 44 über Zuleitungsdrähte verbunden. In der Elektrodenstruktur ist eines der zwei Elektrodenpaare auf einer vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 ausgebildet und das andere der zwei Elektrodenpaare ist auf einer hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 ausgebildet. In der Elektrodenstruktur erscheinen zwei natürliche Schwingungsmoden, von denen eine eine symmetrische Mode ist, wie in 19A gezeigt, und die andere eine asymmetrische Mode ist, wie in 19B gezeigt. In der in 19B gezeigten asymmetrischen Mode schwingt das piezoelektrische Substrat asymmetrisch in der vertikalen Richtung. Wie in 18 gezeigt, ist die Anzahl der auf dem piezoelektrischen Filter ausgebildeten Elektroden grundsätzlich vier. Die Anzahl von Elektroden hängt vom Betriebszustand des piezoelektrischen Filters ab. Die Anzahl von Elektroden ist in dem Fall, in dem zwei Elektroden, die auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, als gemeinsame Elektrode miteinander verbunden sind, drei.
Unterdessen umfasst die erste Ausführungsform des komplexen Resonators Re1, die in 1B gezeigt ist, acht Elektroden, von denen vier auf der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind und von denen vier auf der zur vorderen Oberfläche umgekehrten hinteren Oberfläche ausgebildet sind. (Wie später beschrieben wird, umfasst im Fall der gemeinsamen Nutzung der Elektroden ein komplexer Resonator sechs Elektroden, von denen drei auf einer vorderen Oberfläche ausgebil det sind und von denen drei auf einer hinteren Oberfläche ausgebildet sind.) Es ist aus dem Vergleich beider Elektrodenstrukturen verständlich, dass der komplexe Resonator der vorliegenden Erfindung von der herkömmlichen piezoelektrischen Vorrichtung grundsätzlich verschieden ist.
Ferner ist der komplexe Resonator der vorliegenden Erfindung vom herkömmlichen piezoelektrischen Filter in einem Punkt seiner Leistung und Funktionsweise vollständig verschieden. Das herkömmliche piezoelektrische Filter verwendet einige natürliche Schwingungsmoden, die unter mehreren natürlichen Schwingungsmoden ausgewählt sind, und die natürlichen Schwingungsmoden können gleichzeitig erregt werden. Das herkömmliche piezoelektrische Filter weist eine Filterfunktion unter Verwendung von mehreren natürlichen Schwingungsmoden auf. Die mehreren natürlichen Schwingungsmoden sind aus der Elektrodenstruktur eindeutig bestimmt. Andererseits umfasst der komplexe Resonator der vorliegenden Erfindung mindestens ein Elektrodenpaar oder zwei Elektrodenpaare und erzeugt gleichzeitig verschiedene natürliche Schwingungsmoden. Wie später beschrieben wird, verwendet der komplexe Resonator der vorliegenden Erfindung ein physikalisches Phänomen, das herkömmlich nicht bekannt ist.
Wie in 1B gezeigt, besitzt der komplexe Resonator Re1 das piezoelektrische Substrat, auf dessen einer Hauptoberfläche die vier Elektroden ausgebildet sind und auf dessen anderer Hauptoberfläche die vier Elektroden ausgebildet sind. Ein Abstand zwischen den Elektroden, der als 0,3 mm konfiguriert ist, ist im Vergleich zur Größe der Elektrode klein, so dass das piezoelektrische Substrat und alle Elektrodenoberflächen einteilig schwingen. Außerdem sind die Elektroden auf dem piezoelektrischen Substrat auf der Basis von Polaritäten angeordnet. Folglich erscheinen mehrere natürliche Schwingungsmoden, wie in 2A bis 2F gezeigt.
Jede von 2A bis 2F stellt begrifflich eine Konturabbildung der Schwingungsamplitude einer natürlichen Schwingungsmode dar, um eine Schwingungsverlagerung zweidimensional darzustellen. Obwohl die Größen von Kreisen und Ellipsen, die in 2A bis 2F gezeigt sind, schematisch dargestellt sind, sind die piezoelektrischen Substrate (Quarzplatten) X1 so dargestellt, dass sie denselben Durchmesser aufweisen und in derselben Richtung angeordnet sind.
Die Amplitude der Schwingungsverlagerung in einem Randabschnitt einer Quarzplatte ist typischerweise Null. Jede von 2A bis 2F gibt an, dass die Schwingungsverlagerung in der Amplitude mit zunehmender Anzahl von Konturlinien zunimmt. In 2A hat beispielsweise ein Absolutwert der Schwingungsverlagerung das Maximum in einem Zentrum des piezoelektrischen Substrats (Quarzplatte) X1. Richtungen der Schwingungsverlagerung sind durch durchgezogene und gestrichelte Linien von jeder von 2A bis 2F angegeben, deren Schwingungsrichtungen zueinander umgekehrt sind.
In der ersten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises, die in 1A gezeigt ist, ist jede der Elektroden so konfiguriert, dass sie dieselbe Größe aufweist. Diese Elektroden sind auf der Quarzplatte so angeordnet, dass sie in Bezug auf das piezoelektrische Substrat X1 in der vertikalen und der horizontalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch sind. Wie beschrieben, sind die Polaritäten der Elektroden in der folgenden Weise konfiguriert. Wie in 1A gezeigt, besitzt das Elektrodenpaar der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, welches Paar auf einem oberen Teil der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 angeordnet ist, dieselbe Polarität wie das Anschlusspaar der fünften Elektrode und der sechsten Elektrode, welches Paar auf dem oberen Teil der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 angeordnet ist. Das An schlusspaar der dritten Elektrode und der achten Elektrode, die jeweils auf einem unteren Teil der vorderen und hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1, das in 1A gezeigt ist, angeordnet sind, besitzt dieselbe Polarität wie das Anschlusspaar der siebten Elektrode und der vierten Elektrode, die jeweils auf dem unteren Teil der vorderen und hinteren Oberfläche angeordnet sind. Die ersteren zwei Elektrodenpaare weisen dieselbe Polarität auf, die zu jener der letzteren zwei Elektrodenpaare entgegengesetzt ist Daher werden zwei natürliche Schwingungsmoden von 2A und 2B effizient durch Anlegen eines elektrischen Hochfrequenzstroms über die externen Anschlüsse T1 und T2 erregt. Außerdem werden zwei natürliche Schwingungsmoden, die in 2C und 2D gezeigt sind, effizient durch Anlegen eines elektrischen Hochfrequenzstroms über die externen Anschlüsse T3 und T4 erregt.
Die erste und die zweite Elektrode 1, 2 und die fünfte und die sechste Elektrode 5, 6, die jeweils der ersten und der zweiten Elektrode 1, 2 gegenüberliegen, sind auf dem oberen Teil des piezoelektrischen Substrats X1 angeordnet und folglich wird die natürliche Schwingungsmode von 2B erregt. 2A zeigt, dass das piezoelektrische Substrat X1 mit einer Schwingungsverlagerung a1 schwingt, die durch die durchgezogene Linie bezeichnet ist, deren Richtung eine Vorwärtsrichtung ist, und zeigt auch, dass das piezoelektrische Substrat X1 in der vertikalen und der horizontalen Richtung symmetrisch schwingt. Die Konturabbildung von 2B zeigt, dass der obere Abschnitt des piezoelektrischen Substrats X1 mit einer Schwingungsverlagerung a1 schwingt, die durch die durchgezogene Linie bezeichnet ist, deren Richtung eine Vorwärtsrichtung ist, und zeigt auch, dass der untere Abschnitt des piezoelektrischen Substrats X1 mit einer Schwingungsverlagerung a2 schwingt, die durch die gestrichelte Linie bezeichnet ist, deren Richtung zur Vorwärtsrichtung umgekehrt ist. 2B zeigt, dass die Schwingung des piezoelektrischen Substrats X1 in der horizontalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch und in der vertikalen Richtung im Wesentlichen asymmetrisch ist.
Natürliche Schwingungsmoden, die in 2C und 2D gezeigt sind, sind durch Schwingungsverlagerungen gekennzeichnet, die in der horizontalen Richtung im Wesentlichen asymmetrisch sind. Die Schwingungsverlagerung von 2C ist in der vertikalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch und die Schwingungsverlagerung von 2D ist in der vertikalen Richtung im Wesentlichen asymmetrisch. Diese natürlichen Schwingungsmoden besitzen entsprechende natürliche Schwingungsfrequenzen. Ähnlich zu einem herkömmlichen piezoelektrischen Vibrator hängen die Absolutwerte und die relativen Werte (eine Frequenzdifferenz zwischen zwei natürlichen Schwingungsfrequenzen) dieser natürlichen Schwingungsfrequenzen von Materialkonstanten, Formen und Größen des piezoelektrischen Substrats und der Elektroden, die den piezoelektrischen Vibrator bilden, ab.
Die Frequenzcharakteristiken für den komplexen Resonator Re1 der ersten Ausführungsform werden über die externen Anschlüsse mit einer in 3 gezeigten Messschaltung gemessen. Die Messschaltung umfasst einen Hochfrequenzsignalgenerator SG zum Liefern eines Eingangssignals zu den externen Anschlüssen T1 und T3 des komplexen Resonators Re1, der in 1A gezeigt ist, über Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2. Die Messschaltung umfasst ferner ein Pegelmessinstrument L1 zum Messen eines Ausgangssignalpegels von den externen Anschlüssen T2 und T4. Der komplexe Resonator Re1, der der Quarzresonator der ersten Ausführungsform, die in 1A gezeigt ist, ist, ist in 3 schematisch dargestellt.
Ein Messergebnis, das mit dem Pegelmessinstrument L1 beobachtet wird, ist in 4 gezeigt. 4 ist ein Graph, der Frequenzcharakteristikkur ven für die erste Ausführungsform des komplexen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Frequenzcharakteristikkurve b1 wird durch Verändern einer Frequenz des Eingangssignals, das zum komplexen Resonator Re1 geliefert wird, unter einer Konfigurationsbedingung, dass ein Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT1 von 3 0 dB ist, ein Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT2 100 dB ist und eine Amplitude des vom SG gelieferten Eingangssignals konstant ist, beobachtet. Unter der derartigen Konfigurationsbedingung wird ein durch das Pegelmessinstrument L1 beobachtetes Ausgangssignal durch das Eingangssignal vom Dämpfungsglied ATT1 dominiert. Dieses Verhalten ergibt sich aus Einflüssen der natürlichen Schwingungsmoden, die jeweils an der ersten und der zweiten Elektrode 1, 2 und der fünften und der sechsten Elektrode 5, 6 erscheinen, die auf der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X1 angeordnet sind.
Unter der derartigen Konfiguration wird eine Frequenzcharakteristikkurve b1, die durch eine durchgezogene Linie von 4 bezeichnet ist, beobachtet. Wie in 4 gezeigt, besitzt die Frequenzcharakteristikkurve b1 zwei Spitzen bei den Frequenzen f1 = 9,82272 MHz und f2 = 9,85290 MHz, die den Resonanzfrequenzen entsprechen.
Wenn der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT1 von 10 auf 20 dB erhöht wird, wird als nächstes eine Frequenzcharakteristikkurve (nicht dargestellt) ähnlich der Frequenzcharakteristikkurve b1 mit zwei Spitzen bei f1 und f2 beobachtet. Die Intensität der Frequenzcharakteristikkurve nimmt jedoch vollständig ab und die Frequenzcharakteristikkurve verschiebt sich parallel in einer Richtung zu einem niedrigeren Ausgangspegel (vertikale Achse) hin, was sich aus der Erhöhung des Dämpfungswerts des Dämpfungsgliedes ATT1 ergibt. Die Frequenzen der zwei Spitzen bei f1 und f2, die den Resonanzfrequenzen zugeschrieben werden, verschieben sich im Wesentlichen nicht. Es wird in Erwägung gezogen, dass die zwei Frequenzen f1 und f2 den natürlichen Schwingungsfrequenzen entsprechen, die die Schwingungsverlagerungen von 2A bzw. 2B verursachen.
Als nächstes wird eine Messung durchgeführt, während eine Frequenz des zum komplexen Resonator Re1 gelieferten Eingangssignals unter einer Konfigurationsbedingung, dass eine Dämpfung des Dämpfungsgliedes ATT1 100 dB ist, eine Dämpfung des Dämpfungsgliedes ATT2 0 dB ist und eine Amplitude des vom SG gelieferten Eingangssignals konstant ist, geändert wird. Unter der derartigen Konfigurationsbedingung wird eine Frequenzcharakteristikkurve b2, die durch eine gestrichelte Linie von 4 bezeichnet ist, beobachtet. Die Frequenzcharakteristikkurve b2 besitzt zwei Spitzen bei den Frequenzen f3 = 9,86763 MHz und f4 = 9,89735 MHz, wobei f3 den Resonanzfrequenzen entspricht.
Wenn der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT2 von 10 auf 20 dB erhöht wird, wird als nächstes eine Frequenzcharakteristikkurve (nicht dargestellt) ähnlich zur Frequenzcharakteristikkurve b2 mit zwei Spitzen bei f3 und f4 beobachtet. Die Intensität der Frequenzcharakteristikkurve nimmt jedoch vollständig ab und die Frequenzcharakteristikkurve verschiebt sich parallel in einer Richtung zu einem niedrigeren Ausgangspegel (vertikale Achse) hin, was sich aus der Erhöhung des Dämpfungswerts des Dämpfungsgliedes ATT2 ergibt. Die Frequenzen der zwei Spitzen bei f3 und f4, die den Resonanzfrequenzen zugeschrieben werden, verschieben sich im Wesentlichen nicht. Es wird in Erwägung gezogen, dass die zwei Frequenzen f3 und f4 den natürlichen Schwingungsfrequenzen entsprechen, die die Schwingungsverlagerungen von 2C bzw. 2D verursachen.
Das vorstehend beschriebene Messergebnis wird nun folgendermaßen zusammengefasst. Unter der derartigen Konfigurationsbedingung, dass der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT1 0 dB ist und der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT2 100 dB ist, wird die Frequenzcharakteristikkurve b1 mit den zwei Spitzen bei den Frequenzen f1 und f2 beobachtet. Unter der derartigen Konfigurationsbedingung, dass der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT1 100 dB ist und der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT2 0 dB ist, wird die Frequenzcharakteristikkurve b2 mit den zwei Spitzen bei den Frequenzen f3 und f4 beobachtet.
Unter einer Konfigurationsbedingung, dass beide Dämpfungswerte des Dämpfungsgliedes ATT1 und des Dämpfungsgliedes ATT2 0 dB sind, wird eine Frequenzcharakteristikkurve b3 von 5 beobachtet. Aus der Frequenzcharakteristikkurve b3 ist ersichtlich, dass eine Senke entsprechend einer Parallelresonanzfrequenz fp zwischen den zwei Resonanzfrequenzen f2 und f3 erscheint.
Eine Frequenzcharakteristik des Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Eine Parallelresonanzfrequenz fp, die zwischen den Resonanzfrequenzen f2 und f3 erscheint, kann durch Andern einer Differenz der Dämpfungswerte zwischen den Dämpfungsgliedern ATT1 und ATT2 von 3 eingestellt werden.
6A bis 6C sind Graphen, die Frequenzcharakteristikkurven für die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei die Kurven zwischen den Resonanzfrequenzen f2 und f3 liegen. 6A bis 6C zeigen, dass eine Parallelresonanzfrequenz fp zwischen zwei Resonanzfrequenzen f2 und f3 durch Ändern einer Differenz der Dämpfungswerte zwischen den Dämpfungsgliedern ATT1 und ATT2 eingestellt werden kann.
6A ist ein Graph einer Frequenzcharakteristikkurve b4 für die erste Ausführungsform, wobei die Kurve unter der Konfiguration beobachtet wird, dass die Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2 dieselben Dämpfungswerte aufweisen. Wie in 6A gezeigt, besitzt die beobachtete Frequenzcharakteristikkurve b4 eine Senke, die einer Parallelresonanzfrequenz fp entspricht, an einem wesentlichen Mittelpunkt der Frequenzen f2 und f3. 6B ist ein Graph einer Frequenzcharakteristikkurve b4 für die erste Ausführungsform, wobei die Kurve unter der Konfiguration beobachtet wird, dass ein Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT2 größer ist als jener des Dämpfungsgliedes ATT1. Wie in 6B gezeigt, besitzt die beobachtete Frequenzcharakteristikkurve b4 eine Senke, die einer Parallelresonanzfrequenz fp entspricht, zwischen den Frequenzen f2 und f3 und insbesondere nahe f3. 6C ist ein Graph einer Frequenzcharakteristikkurve b4 für die erste Ausführungsform, wobei die Kurve unter der Konfiguration beobachtet wird, dass ein Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT1 größer ist als jener des Dämpfungsgliedes ATT2. Wie in 6C gezeigt, besitzt die beobachtete Frequenzcharakteristikkurve b4 eine Senke, die einer Parallelresonanzfrequenz fp entspricht, zwischen den Frequenzen f2 und f3 und insbesondere nahe f2.
Wie aus den experimentellen Ergebnissen klar ist, ist es selbstverständlich, dass die Parallelresonanzfrequenz fp durch kontinuierliches Ändern der Differenz der Dämpfungswerte zwischen den Dämpfungsgliedern ATT1 und ATT2 geändert werden kann.
7 ist ein Graph, der Parallelresonanzfrequenzcharakteristiken für die erste Ausführungsform zeigt. Die vertikale Achse von 7 entspricht einem normierten Parallelresonanzfrequenzwert, der durch Konfigurieren, dass eine niedrigere Frequenz f2 0% ist und eine höhere Frequenz f3 100% ist, normiert wird. Die horizontale Achse entspricht einem relativen Wert zwischen den Dämpfungswerten der Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2.
Der Nullpunkt auf der horizontalen Achse entspricht dem Fall, dass beide der Dämpfungswerte einander gleich sind. Die negative Richtung entlang der horizontalen Achse entspricht einer Erhöhung des Dämpfungswerts des Dämpfungsgliedes ATT1 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT2 0 dB ist. Das Dämpfungsglied ATT1 ist mit den externen Anschlüssen T1 und T2 verbunden, an denen eine niedrigere natürliche Schwingungsmode erscheint. Das Dämpfungsglied ATT2 ist mit den externen Anschlüssen T3 und T4 verbunden, an denen eine höhere natürliche Schwingungsmode erscheint. Die positive Richtung entlang der horizontalen Achse entspricht einer Erhöhung des Dämpfungswerts des Dämpfungsgliedes ATT2 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Dämpfungswert des Dämpfungsgliedes ATT1 0 dB ist.
Es ist zu beachten, dass die Messschaltung von 3 ferner einen Leistungsteiler (nicht dargestellt) vom Impedanzabgleichtyp umfasst, der über einen Hochfrequenzsignalgenerator SG und die zwei Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2 geschaltet ist. Es ist herkömmlich bekannt, die Leistungsteilung vom Impedanzabgleichtyp zu verwenden. Wegen der Vereinfachung einer Beziehung zwischen den Dämpfungswerten der Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2 und den angelegten Spannungen an den externen Anschlüssen T1 und T3 ist der Leistungsteiler vom Impedanzabgleichtyp in 3 nicht gezeigt.
Aus 7 ist verständlich, dass der Wert der Parallelresonanzfrequenz fp über den breiten Bereich von bis zu 35% weit verändert werden kann, wobei der Wert der Differenz zwischen den Frequenzen f2 und f3 und einem Absolutwert von 500 ppm entspricht.
Die erste Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung kann so modifiziert werden, dass das piezoelektrische Substrat, das in 1A gezeigt ist, durch zwei herkömmliche piezoelektrische Vibrator Q1 und Q2 ersetzt wird. In einer ersten Variation der ersten Ausführungsform kann eine Parallelresonanzfrequenz fp auch unter Verwendung der herkömmlichen piezoelektrischen Vibrator Q1 und Q2 eingestellt werden.
Ein Effekt einer variablen Frequenz, der durch zwei Quarzresonatoren hergestellt wird, die als piezoelektrischer Vibrator verwendet werden, wird nun mit Bezug auf die Schaltung von 3 beschrieben. Der Quarzresonator Re1 von 3 wird durch zwei Quarzresonatoren ersetzt. Ein Quarzresonator Q1 wird über die externen Anschlüsse T1 und T2, die in 3 gezeigt sind, geschaltet. Ein Quarzresonator Q2 wird über die externen Anschlüsse T3 und T4, die in 3 gezeigt sind, geschaltet. Die Resonanzfrequenzen der zwei Quarzresonatoren Q1 und Q2 sind 9,995200 MHz bzw. 10,005116 MHz. Jeder der Quarzresonatoren Q1 und Q2 ist aus einem scheibenförmigen AT-geschnittenen Quarzsubstrat mit einem Durchmesser von 6,5 mm ausgebildet, auf dem kreisförmige Elektroden mit einem Durchmesser von 3 mm ausgebildet sind. Die kreisförmigen Elektroden werden durch Verdampfen von Silber unter Vakuum ausgebildet. Es ist konfiguriert, dass ein Bereich einer Frequenzabfallplatten-Rückfrequenz etwa 70 kHz ist. Die Quarzresonatoren mit der Elektrode werden an einem HC-49/U-Gehäuse mit einem leitenden Kleb stoff befestigt und dann wird die Quarzplatte unter trockenem Stickstoff hermetisch abgedichtet.
Die Frequenzcharakteristiken für den komplexen Resonator mit den Resonatoren Q1 und Q2 werden durch die Messschaltung von 3 beobachtet. Zwei den Störspitzen f1 und f4, die in der ersten Ausführungsform von 1A beobachtet werden, zugeschriebene Spitzen werden nicht beobachtet. Zwei Spitzen, die den Resonanzfrequenzen f2 und f3 entsprechen, werden für die erste Variation der ersten Ausführungsform mit den zwei Quarzresonatoren Q1 und Q2 beobachtet. Daher werden Frequenzcharakteristiken ähnlich zu 6A bis 6C durch die Messschaltung von 3 beobachtet, mit der die Quarzresonatoren Q1 und Q2 verbunden sind.
Ähnlich zu 7 werden Parallelresonanzfrequenzcharakteristiken für die erste Variation der ersten Ausführungsform mit den zwei piezoelektrischen Resonatoren Q1 und Q2 beobachtet, während eine Differenz der Dämpfungswerte zwischen dem Dämpfungsglied ATT1 und ATT2 geändert wird. 20 ist ein Graph der Parallelresonanzfrequenzcharakteristiken für die erste Variation der ersten Ausführungsform mit den piezoelektrischen Resonatoren Q1 und Q2. Aus 20 ist verständlich, dass die Werte der Parallelresonanzfrequenz fp über einen breiten Bereich von bis zu 93,4% einer Frequenzdifferenz zwischen den Resonanzfrequenzen f2 und f3 eingestellt werden können. Ein Absolutwert der maximalen normierten Parallelresonanzfrequenz ist 926 ppm.
Selbst wenn die zwei piezoelektrischen Vibrator separat angeordnet und mit mehreren Elektroden verbunden sind, können im Fall von Schwingungsmoden auf Grund eines Energieeinfangeffekts die zwei piezoelektrischen Vibrator Effekte bewirken, die zu einem piezoelektrischen Substrat mit zwei separaten Abschnitten, die gleichmäßig beabstandet sind, ähnlich sind.
In 7 erreicht die normierte Frequenz nicht 50% bei 0 dB, d. h., unter einer Bedingung, dass beide Dämpfungswerte der zwei Dämpfungsglieder einander gleich sind. Der Grund wird folgendermaßen vermutet. Wie in 3 gezeigt, besitzt der piezoelektrische Vibrator der ersten Ausführungsform zwei Abschnitte, von denen einer über die externen Anschlüsse T1 und T2 geschaltet ist und von denen der andere über die externen Anschlüsse T3 und T4 geschaltet ist. Da jeder der Abschnitte des piezoelektrischen Vibrators im komplexen Resonator eine parallele Kapazität aufweist, ist der Gütewert (Schärfe der Spitzenresonanz) des piezoelektrischen Vibrators niedrig. Vom niedrigen Gütewert begleitet ist jede der Frequenzcharakteristikkurven b1 bis b4 von 4 bis 6 in der horizontalen Achse horizontal asymmetrisch. Das piezoelektrische Substrat, das für den piezoelektrischen Vibrator verwendet wird, der in 7 beobachtet wird, erregt eine Dickenscherschwingungsmode am AT-geschnittenen Quarzsubstrat, so dass das Kapazitätsverhältnis etwa 250 ist. Daher wird die Asymmetrie der Frequenzcharakteristikkurven b1 bis b4 durch das derartige hohe Kapazitätsverhältnis verursacht.
Die Asymmetrie der Frequenzcharakteristikkurven hängt vom piezoelektrischen Substrat ab, das im komplexen Resonator der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Asymmetrie hängt auch von einem Kapazitätsverhältnis (oder von einem elektromechanischen Kopplungsfaktor), der den natürlichen Schwingungsmoden eigen ist, die im piezoelektrischen Substrat erregt werden, ab. Obwohl die Asymmetrie abnimmt, wenn das Kapazitätsverhältnis sinkt, kann die Asymmetrie durch Aufheben der parallelen Kapazität des piezoelektrischen Vibrators verringert werden.
Für den Zweck der Aufhebung der parallelen Kapazitäten des piezoelektrischen Vibrators kann der komplexe Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung Spulen umfassen, die jeweils über T1 und T2 und über T3 und T4 geschaltet sind. Die Spule besitzt einen Induktivitätswert, so dass eine parallele Resonanz verursacht wird, durch die die parallele Kapazität aufgehoben wird. Außerdem kann der komplexe Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brückenabgleichsverfahren verwenden oder umfasst eine T-förmige Schaltung mit einem Kondensator und einer Spule. Das Brückenabgleichsverfahren oder die T-förmige Schaltung mit einem Kondensator und einer Spule wird später zusammen mit einem Schwingkreis beschrieben.
Wie in 7 und 20 gezeigt, wird in der ersten Ausführungsform und in der ersten Variation der ersten Ausführungsform beobachtet, dass die Parallelresonanzfrequenz fp vorzugsweise mit der Differenz der Dämpfungswerte zwischen den zwei Dämpfungsgliedern korreliert ist. Eine theoretische Analyse der Korrelation wird nun mit Bezug auf 21A beschrieben.
Die in 3 gezeigte Messschaltung kann durch eine in 21A gezeigte Ersatzschaltung ersetzt werden. Der Hochfrequenzsignalgenerator SG von 3 entspricht einer Wechselspannungsquelle E und einem Widerstand RS von 21A. Das Pegelmessinstrument L1 von 3 entspricht einem Widerstand RL von 21A. In dem Fall, in dem der komplexe Resonator Re1 von 3 beispielsweise dem komplexen Resonator von 1A entspricht, ist es aus der Elektrodenstruktur und der Elektrodenverbindung, die in 1A gezeigt sind, selbstverständlich, dass der komplexe Resonator von 1A mit zwei natürlichen Schwingungsmoden auf dem einen piezoelektrischen Substrat erregt. Dies liegt daran, dass die zwei natürlichen Schwingungsmoden zueinander senkrecht sind, wie in 2B und 2C gezeigt.
In der ersten Variation der ersten Ausführungsform entspricht der komplexe Resonator Re1 von 3 den zwei piezoelektrischen Resonatoren Q1 und Q2, die individuell mit der Messschaltung verbunden sind. Folglich erregen die zwei piezoelektrischen Resonatoren unabhängig verschiedene Schwingungsmoden. Folglich kann der in 3 gezeigte komplexe Resonator Re1 auch durch zwei typische Ersatzschaltungen ersetzt werden, die von einer gestrichelten Linie von 21A umgeben sind. Jede der typischen Ersatzschaltungen ist durch vier äquivalente Konstanten dargestellt. Der komplexe Resonator Re1 zwischen den externen Anschlüssen T1 und T2 von 3 entspricht der Ersatzschaltung zwischen den Anschlüssen T1 und T2, die in 21A gezeigt ist. Der komplexe Resonator Re1 zwischen den externen Anschlüssen T3 und T4 von 3 entspricht der Ersatzschaltung zwischen den Anschlüssen T3 und T4, die in 21A gezeigt ist. Die Ersatzschaltung zwischen den Anschlüssen T1 und T2 von 21A besitzt einen Parallelkreis, der durch L11, C11, r11 und CO1 konfiguriert ist. L11, C11, r11 sind in Reihe geschaltet. Die Ersatzschaltung zwischen den Anschlüssen T3 und T4 von 21A besitzt einen Parallelkreis, der durch L12, C12, r12 und CO2 konfiguriert ist. L12, C12, r12 sind in Reihe geschaltet. Eine Ausgangsspannung des Dämpfungsgliedes ATT1 von 3 ist als V1 definiert. Eine Ausgangsspannung des Dämpfungsgliedes ATT2 von 3 ist als V2 definiert. Eine Ausgangsspannung des Pegelmessinstruments L1 von 3 ist als V3 definiert, die eine Spannung über beiden Enden des Widerstandes RL ist.
Ferner kann die in 21A gezeigte Ersatzschaltung durch eine in 21B gezeigte Ersatzschaltung ersetzt werden. Die Wechselspannungsquelle E, der Widerstand RS, das Dämpfungsglied ATT1 und das Dämp fungsglied ATT2 von 21A können als zwei Wechselspannungsquellen e1, e2 und zwei Widerstände R1, R2 dargestellt werden, wie in 21B gezeigt. Die Amplituden der zwei Wechselspannungsquellen e1, e2 und die Werte der Widerstände R1, R2 sind so konfiguriert, dass die Spannungen V1 bis V3 an den in 21B gezeigten Anschlüssen zu jenen von 21A äquivalent sind.
Der komplexe Resonator Re1 der Ersatzschaltung von 21A wird im Wesentlichen nicht von den zwei parallelen Kapazitäten CO und CO2 beeinflusst, die beide aufgehoben werden können, wie später beschrieben wird. Daher wird die Ersatzschaltung von 21B, in der zwei parallele Kapazitäten CO1 und CO2 ignoriert werden, beschrieben.
Ein Zweck der Analyse der Ersatzschaltung von 21B besteht darin, eine Abhängigkeit der Parallelresonanzfrequenz fp in Reaktion auf die Spannungen V1 und V2 zu erklären. Für diesen Zweck kann nur ein Nullpunkt einer Übertragungsfunktion der Ersatzschaltung von 21B berechnet werden. Mit anderen Worten, ein Nullpunkt eines Ausgangsstroms IL kann berechnet werden, wenn ein Widerstand RL so eingestellt wird, dass er Null ist. Wenn die Widerstände von r11 und r12 des in 21B gezeigten komplexen Resonators der Einfachheit halber als 0 angenommen werden, kann die Ersatzschaltung von 21B teilweise durch eine in 21C gezeigte Ersatzschaltung ersetzt werden.
Der Ausgangsstrom IL der Ersatzschaltung von 21C wird unter Verwendung der Spannungen V1 und V2 auf der Basis des Überlagerungsprinzips berechnet. Da ein Zähler der Übertragungsfunktion nicht Null ist, ist eine Bedingung, unter der ein Nenner der Übertragungsfunktion 0 wird, durch die folgende Gleichung gegeben.
Durch Dividieren beider Seiten der Gleichung 1 durch einer Quadratwurzel eines Produkts von V1 und V2 wird die folgende Gleichung erhalten.
Wenn eine Winkelfrequenz ω der Gleichung 2 gelöst wird, wird eine Parallelresonanz-Winkelfrequenz ωp erhalten. Durch Dividieren der Parallelresonanz-Winkelfrequenz ωp durch 2π wird die folgende Gleichung erhalten.
Die Gleichung 3 ist eine Frequenzgleichung, die die Korrelation zwischen der Parallelresonanzfrequenz fp und den Spannungen V1, V2 darstellt.
Eine Ersatzschaltung des komplexen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung wird intuitiv beschrieben.
In der Frequenzgleichung der Gleichung 3 werden vier äquivalente Konstanten mit einer Quadratwurzel von V1 und V2 multipliziert. Daher ist nur, um die Abhängigkeit der Parallelresonanzfrequenz fp des komplexen Resonators in Reaktion auf die Spannungen V1 und V2 intuitiv zu verstehen, eine in 8B gezeigte Ersatzschaltung intuitiv und verständlich. Ähnlich zur Ersatzschaltung von 8B kann der komplexe Resonator auch als Ersatzschaltungen, die in 8C und 8D gezeigt sind, dargestellt werden.
Wenn die Messschaltung von 3 als Ersatzschaltung, die in 8A gezeigt ist, dargestellt wird, wird der komplexe Resonator Re1 von 3 als Ersatzschaltung von 8B dargestellt. Wie in 8B gezeigt, ist die Ersatzschaltung durch zwei unabhängige Reihenresonanzkreise konfiguriert. Wenn die Ausgangsspannungen der Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2 von 3 durch V1 bzw. V2 gegeben sind, werden äquivalente Konstanten der Reihenresonanzkreise dargestellt, wie in 8B gezeigt.
Die äquivalenten Konstanten der Reihenresonanzkreise von 8B werden folgendermaßen erhalten. Eine äquivalente Induktivität über den externen Anschlüssen T1 und T2 wird als L1 × √(V2/V1)(L1 mit einer Quadratwurzel von V2/V1 multipliziert) dargestellt. Eine äquivalente Kapazität (Kondensator) über den externen Anschlüssen T1 und T2 wird als C1 × √(V1/V2) ausgedrückt. In derselben Weise wird eine äquivalente Induktivität über den externen Anschlüssen T3 und T4 als L2 × √(V1/V2) ausgedrückt. Eine äquivalente Kapazität (Kondensator) über den externen Anschlüssen T3 und T4 wird als C2 × √(V2/V1) ausgedrückt.
Die Werte der äquivalenten Induktivität L1, der äquivalenten Kapazität C1 (Kondensator), der äquivalenten Induktivität L2 und der äquivalenten Ka pazität C2 (Kondensator) sind gegeben, wenn die Ausgangsspannung V1 des Dämpfungsgliedes ATT1 dieselbe ist wie die Ausgangsspannung V2 des Dämpfungsgliedes ATT2.
In dieser Ersatzschaltung sind die zwei Reihenresonanzkreise über die Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2 miteinander parallel geschaltet. Obwohl zwei Reihenresonanzfrequenzen der zwei Reihenresonanzkreise nicht von den Spannungen V1 und V2 abhängen, wird eine Parallelresonanzfrequenz zwischen diesen Reihen in Reaktion auf die Spannungen V1 und V2 verändert. Eine Näherung ähnlich zur Gleichung 3 ist durch die folgende Gleichung gegeben.
Die Gleichung 35 wird als Ersatzschaltungen, die in 8B, C und D gezeigt sind, dargestellt. Die in 8B gezeigte Ersatzschaltung besitzt äquivalente Konstanten von zwei Reihenresonanzkreisen, wobei sich die Konstanten in Reaktion auf die Spannungen V1 und V2 ändern. Ein Induktivitätswert der Reihenresonanzkreise ist zu einem Kapazitätswert davon in Bezug auf die Spannung V1 und V2 umgekehrt proportional (Wenn einer des Induktivitätswerts und des Kapazitätswerts zunimmt, nimmt der andere ab. Ein Produkt des Induktivitätswerts und des Kapazitätswerts ist konstant). Folglich ändern sich die Reihenresonanzfrequenzen nicht, was mit den vorstehend beschriebenen Messergebnissen in Übereinstimmung steht.
Die in 8C gezeigte Ersatzschaltung ist auf der Basis von Verhältnissen von Transformationen von Transformatoren dargestellt. Veränderungen eines äquivalenten Widerstandes R1, eines parallelen Kondensators CO1, eines äquivalenten Widerstandes R2 und eines parallelen Kondensators CO2 sind auch dargestellt, wie in 8C gezeigt.
In der in 8D gezeigten Ersatzschaltung ist eine Schaltung, in der ein Bereich einer Streukopplung durch Verhältnisse φ1, φ2 von Transformationen von Transformatoren dargestellt ist, in dem Fall, dass die Formen und Anordnungen der Elektroden des in 1 gezeigten komplexen Resonanzkreises asymmetrisch sind, zu der in 8C gezeigten Ersatzschaltung hinzugefügt. Die zusätzliche Schaltung entspricht einem von einer gestrichelte Linie von 8D eingeschlossenen Teil. Aus 8D ist verständlich, dass eine Abhängigkeit einer Parallelresonanzfrequenz fp in Reaktion auf die Spannungen V1 und V2 selbst dann definiert ist, wenn die Verhältnisse 0,5 sind, mit anderen Worten, eine "Streukopplung" etwa 50% ist.
Wie vorstehend beschrieben, kann im komplexen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung die Parallelresonanzfrequenz in Reaktion auf die Amplituden von Spannungen oder Strömen, die jeweils zu zwei Reihenresonanzkreisen geliefert werden, und genauer in Reaktion auf ein Verhältnis von Amplituden von Spannungen oder Strömen, die jeweils zu zwei Resonanzkreisen geliefert werden, variieren. Wenn ein Schwingkreis unter Verwendung des komplexen Resonators der vorliegenden Erfindung konfiguriert wird, wird eine Ausgangsfrequenz des Schwingkreises durch Einstellen von zwei zu diesem gelieferten Spannungen gesteuert. Wenn ein Filter unter Verwendung des komplexen Resonators der vorliegenden Erfindung konfiguriert wird, wird eine Frequenzcharakteristik des Filters wie z. B. eine Durchlassbereichfrequenz und eine Sperrbereichsfrequenz durch Einstellen von zwei zu diesem gelieferten Spannungen gesteuert.
Außerdem kann die Frequenz des komplexen Resonators der vorliegenden Erfindung ohne Element mit variabler Reaktanz wie z. B. eine Diode mit variabler Kapazität, die für einen herkömmlichen Schwingkreis unentbehrlich ist, gesteuert werden. Folglich ist der komplexe Resonator der vorliegenden Erfindung für eine IC-Integration geeignet.
In der ersten Ausführungsform ist beschrieben, dass die Parallelresonanzfrequenz fp durch Auswählen von zwei natürlichen Schwingungsmoden, die bei natürlichen Schwingungsfrequenzen erregt werden, die zueinander benachbart sind, und durch unabhängiges Steuern der Schwingungsmoden äquivalent gesteuert werden kann.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann folgendermaßen modifiziert werden. Die in 1A gezeigte Elektrodenstruktur kann beispielsweise durch eine in 9 gezeigte Elektrodenstruktur ersetzt werden. In einer zweiten Variation der ersten Ausführungsform werden erste und zweite Elektroden, die auf einer vorderen Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, miteinander gekoppelt und fünfte und sechste Elektroden, die auf einer hinteren Oberfläche ausgebildet sind, werden miteinander gekoppelt. Die gekoppelten Elektroden weisen dieselbe Polarität auf.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch folgendermaßen modifiziert werden. Eine dritte Variation der ersten Ausführungsform besitzt eine Elektrodenstruktur, in der unnötige Schwingungen verringert werden können. Zum Verringern der unnötigen Schwingungen wird die in 1A gezeigte Elektrodenstruktur so ersetzt, dass die Elekt roden von 1A in der vertikalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch sind. In der Elektrodenstruktur von 1A können die in 2A, 2B, 2C und 2D gezeigten vier natürlichen Schwingungsmoden erregt werden. Nur die zwei natürlichen Schwingungsmoden von 2B und 2C werden jedoch tatsächlich in der ersten Ausführungsform verwendet. Das heißt, die natürlichen Schwingungsmoden von 2A und 2D sind unnötig. Wenn Erregungen der unnötigen natürlichen Schwingungsmoden unterdrückt werden, werden Störresonanzspitzen verringert. Zum Verringern der unnötigen Schwingungen kann die Elektrodenstruktur von 1A der ersten Ausführungsform durch eine in 10 gezeigte Elektrodenstruktur ersetzt werden.
In der dritten Variation der ersten Ausführungsform umfasst ein komplexer Resonator Re2, der in 10 gezeigt ist, eine erste Elektrode 11, eine zweite Elektrode 12, eine dritte Elektrode 13 und eine vierte Elektrode 14, die auf einer vorderen Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats X2 wie z. B. eines Quarzsubstrats ausgebildet sind. Die dritte Elektrode 13 und die vierte Elektrode 14 sind zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 ausgebildet. Der komplexe Resonator Re2 umfasst auch eine fünfte Elektrode 15, die der ersten Elektrode gegenüberliegt, eine sechste Elektrode 16, die der zweiten Elektrode gegenüberliegt, eine siebte Elektrode 17, die der dritten Elektrode gegenüberliegt, und eine achte Elektrode 18, die der vierten Elektrode gegenüberliegt, wobei die Elektroden auf einer hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind.
Die erste und die zweite Elektrode 11, 12 weisen eine rechteckige Form auf. Die fünfte und die sechste Elektrode 15, 16 weisen auch eine rechteckige Form auf. Die fünfte und die sechste Elektrode 15, 16 sind auf der hinteren Oberfläche so ausgebildet, dass sie der ersten bzw. der zweiten Elektrode 11, 12 gegenüberliegen. Die dritte und die vierte Elektrode 13, 14 die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 11, 12 ausgebildet sind, weisen eine rechteckige Form auf und sind durch einen Schlitz voneinander getrennt. Die siebte und die achte Elektrode 17, 18 weisen auch eine rechteckige Form auf und sind durch einen Schlitz voneinander getrennt. Die siebte und die achte Elektrode 17, 18 sind auf der hinteren Oberfläche so ausgebildet, dass sie der dritten bzw. vierten Elektrode 13, 14 gegenüberliegen. Diese Elektroden sind jeweils mit externen Anschlüssen verbunden. Die erste und die zweite Elektrode 11, 12 sind mit einem ersten externen Anschluss T11 verbunden. Die fünfte und die sechste Elektrode 15, 16 sind mit einem zweiten externen Anschluss T12 verbunden. Die dritte und die achte Elektrode 13, 18 sind mit einem dritten externen Anschluss T13 verbunden. Die vierte und die siebte Elektrode 14, 17 sind mit einem vierten externen Anschluss T14 verbunden.
In der derartigen Elektrodenkonfiguration sind vier Elektrodenpaare an einem oberen Teil, einem mittleren Teil und einem unteren Teil des piezoelektrischen Substrats X2 angeordnet. Die Elektroden 11, 15 des oberen Teils und die Elektroden 12, 16 des unteren Teils sind in der Form in der vertikalen und horizontalen Richtung symmetrisch. Die Elektroden 11 und 12, die beide auf derselben Oberfläche ausgebildet sind, sind elektrisch miteinander verbunden, so dass elektrische Potentiale an diesen einander gleich sind. Die Elektroden 15 und 16, die beide auf derselben Oberfläche ausgebildet sind, sind auch elektrisch miteinander verbunden, so dass die elektrischen Potentiale an diesen einander gleich sind. Die Elektroden 13, 17 und die Elektroden 14, 18 des mittleren Teils sind auch in der vertikalen und horizontalen Richtung in der Form symmetrisch. Die Elektroden 13 und 14, die beide auf derselben Oberfläche ausgebildet sind, sind so elektrisch verbunden, dass die elektrischen Potentiale an diesen voneinander verschieden sind. Die Elektroden 17 und 18, die beide auf derselben Oberfläche ausgebildet sind, sind auch so elektrisch verbunden, dass die elektrischen Potentiale an diesen voneinander verschieden sind. In der Elektrodenstruktur sind die Formen und die Verbindungen der Elektroden so konfiguriert, dass sie in der vertikalen Richtung symmetrisch sind, wobei somit natürliche Schwingungsmoden, die in der vertikalen Richtung asymmetrisch sind, wie in 2B und 2D gezeigt, nicht erregt werden. Daher erscheinen die natürlichen Schwingungsmoden, wie in 2A und 2C gezeigt, die unabhängig erregt werden, über den externen Anschlüssen T11 und T12 bzw. über T13 und T14. Wodurch die dritte Variation der ersten Ausführungsform eine variable Frequenzcharakteristik ähnlich zur ersten Ausführungsform aufweist und außerdem einen Effekt besitzt, dass eine Störcharakteristik unterdrückt wird, da die unnötigen Moden nicht erregt oder drastisch unterdrückt werden.
Die dritte Variation der ersten Ausführungsform zum Unterdrücken von Erregungen von unnötigen natürlichen Schwingungsmoden wurde mit Bezug auf 10 beschrieben. Eine vierte Variation der ersten Ausführungsform mit Elektroden, die auch in Bezug auf die vertikale Richtung symmetrisch angeordnet sind, wird nun mit Bezug auf 10 beschrieben. Die Elektrode 11, die auf dem oberen Teil der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X2 ausgebildet ist, ist in zwei Elektroden wie die zwei Elektroden 13 und 14 unterteilt. Die Elektrode 15, die auf dem oberen Teil der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats X2 ausgebildet ist, ist in zwei Elektroden wie die zwei Elektroden 17 und 18 unterteilt. Die Elektroden 12 und 16 des unteren Teils sind jeweils in die zwei Elektroden wie die zwei Elektroden 13 und 14 und die zwei Elektroden 17 und 18 unterteilt. Die Elektroden 13 und 14, die am mittleren Teil der vorderen Oberfläche ausgebildet sind, sind als gemeinsame Elektrode miteinander verbunden. Die Elektroden 17 und 18, die am mittleren Teil der hinteren Oberfläche ausgebildet sind, sind als gemeinsame Elektrode miteinander verbunden. In der derartigen Elektrodenkonfiguration sind die Elektroden in der vertikalen und der horizontalen Richtung symmetrisch angeordnet. Folglich sind die Elektroden mit den externen Anschlüssen so verbunden, dass nur normale Schwingungsmoden, wie in 2A und 2C gezeigt, erregt werden. Wodurch die vierte Variation der ersten Ausführungsform eine variable Frequenzcharakteristik ähnlich der ersten Ausführungsform aufweist und außerdem einen Effekt aufweist, dass eine Störcharakteristik unterdrückt wird, da die unnötigen Moden nicht erregt oder drastisch unterdrückt werden. Die Verbindungen zwischen den Elektroden und den externen Anschlüssen werden ausgelassen, da sie verbunden sind, wie in 10 gezeigt.
Eine zweite Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die zweite Ausführungsform verwendet Rayleigh-Oberflächenwellen als normale Schwingungsmoden. Wie in 11A und 11B gezeigt, besitzt die zweite Ausführungsform eine Elektrodenstruktur, die durch acht Interdigital-Elektrodenpaare konfiguriert ist. Ähnlich einer herkömmlichen Oberflächenwellenvorrichtung sind die Anzahl von Interdigital-Elektrodenpaaren und die Anzahl von Schienen der Interdigitalelektrode erhöht, so dass die Interdigitalelektroden zueinander symmetrische Formen aufweisen.
Wie in 11A gezeigt, ist eine Interdigitalelektrode 31 mit mehreren parallelen, beabstandeten Schienen auf einem piezoelektrischen Substrat X3 ausgebildet. Die Interdigitalelektrode 31 ist mit einem Sammelschieneteil 32 verbunden. Eine Interdigitalelektrode 33 ist auf dem piezoelektrischen Substrat X3 so ausgebildet, dass sie mit der Interdigitalelektrode 31 verflochten ist. Die Interdigitalelektrode 33 ist mit einem Sammelschieneteil 34 verbunden. Die Sammelschieneteile 32 und 34 sind mit externen Anschlüssen T21 bzw. jeweils T22 verbunden. Parallel zu einem ersten Interdigital-Elektrodenpaar 31 und 33 ist ein zweites Interdigital-Elektrodenpaar 35 und 37, die jeweils mit den Sammelschieneteilen 36 und 38 verbunden sind, ausgebildet. Die Sammelschieneteile 36 und 38 sind mit den externen Anschlüssen T23 bzw. T24 verbunden.
Die mehreren Schienen des ersten Interdigital-Elektrodenpaars, das auf einem oberen Teil des piezoelektrischen Substrats X3 ausgebildet ist, sind so verbunden, dass ein periodisches elektrisches Potential in der Phase in der horizontalen Richtung daran angelegt wird. Die mehreren Schienen des zweiten Interdigital-Elektrodenpaars, das auf einem unteren Teil des piezoelektrischen Substrats X3 ausgebildet ist, sind so verbunden, dass ein periodisches elektrisches Potential daran angelegt wird und eine Phase des elektrischen Potentials in Bezug auf einen Mittelteil davon umgekehrt ist. Insbesondere sind in der Mitte des zweiten Interdigital-Elektrodenpaars zwei benachbarte Schienen der Interdigitalelektrode 37 mit demselben Sammelschienenteil 38 verbunden. Natürliche Schwingungsmoden, die durch Wechselströme erregt werden, die zu den externen Anschlüssen T21 und T22 geliefert werden, sind wie in 2A und 2B gezeigt. Natürliche Schwingungsmoden, die durch Wechselströme erregt werden, die über die externen Anschlüsse T23 und T24 geliefert werden, sind wie in 2C und 2D gezeigt.
Die in 11A gezeigte Elektrodenstruktur arbeitet ähnlich zu der in 1 gezeigten Elektrodenstruktur. In den in 1 und 11A gezeigten Elektrodenstrukturen sind die Elektroden, die auf dem oberen Teil des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, mit den externen Elektroden so verbunden, dass Spannungen mit derselben Phase daran angelegt werden. Andererseits sind die auf dem unteren Teil des piezoelektrischen Substrats ausgebildeten Elektroden mit den externen Elektroden so ver bunden, dass Spannungen mit verschiedenen Phasen daran angelegt werden.
Eine erste Variation der zweiten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 11B beschrieben. In einer in 11B gezeigten Elektrodenstruktur sind ein Interdigital-Elektrodenpaar 31 und 33 und ein Interdigital-Elektrodenpaar 35 und 37 seriell angeordnet. Natürliche Schwingungsmoden, die durch einen Wechselstrom erregt werden, der über externe Anschlüsse T23 und T24 geliefert wird, sind wie in 2E und 2F gezeigt.
Gemäß der ersten Variation der zweiten Ausführungsform, die die in 2C und 2E gezeigten natürlichen Schwingungsmoden verwendet, kann eine Parallelresonanzfrequenz durch Ändern eines Ansteuersignalpegels eingestellt werden.
Wie in 1A, 9 und 10 gezeigt, verwenden die Ausführungsformen mit den Elektrodenstrukturen, deren Elektroden auf sowohl der vorderen als auch der hinteren Oberfläche des Quarzsubstrats ausgebildet sind, die Körperwellenschwingungsmoden wie z. B. eine Dickenscherschwingung. Eine zweite Variation der zweiten Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises mit Interdigitalelektroden, die auch Körperwellen einer Dickenscherschwingungsmode verwendet, wird nun mit Bezug auf 12A, 12B und 12C beschrieben. Die Körperwellen der Dickenscherschwingungsmoden werden durch Anlegen von Spannungen an die Interdigitalelektroden erregt.
Wie in 12A gezeigt, sind zwei Interdigitalelektroden auf einer vorderen Oberfläche eines AT-geschnittenen Quarzsubstrats X4 ausgebildet. Zwei Interdigitalelektroden sind auf einer hinteren Oberfläche des At-geschnittenen Quarzsubstrats X4 ausgebildet. Jede der Interdigitalelektroden ist durch eine Vielzahl von parallelen Schienen konfiguriert. Wie in 12B gezeigt, ist ein Interdigital-Elektrodenpaar, das auf der vorderen Oberfläche ausgebildet ist, durch die zwei Interdigitalelektroden konfiguriert, die in der horizontalen Richtung im Wesentlichen zueinander symmetrisch sind. Wie in 12C gezeigt, ist das andere Interdigital-Elektrodenpaar, das auf der hinteren Oberfläche ausgebildet ist, durch die Elektroden konfiguriert, die in Bezug auf den mittleren Teil davon in der Phase zueinander horizontal asymmetrisch sind.
Wie in 12B gezeigt, sind die zwei Interdigitalelektroden auf der vorderen Oberfläche in der horizontalen und der vertikalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch. Die Schienen der Interdigitalelektrode sind mit demselben elektrischen Potential verbunden. Folglich ist eine Schwingungsverlagerung einer erregten Schwingungsmode in der horizontalen und der vertikalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch, wie in 2A gezeigt. Andererseits sind die Schienen der in 12C gezeigten Interdigitalelektrode mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential in der Mitte der Interdigitalelektrode verbunden. Folglich ist eine Schwingungsverlagerung einer erregten Schwingungsmode in der vertikalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch und in der horizontalen Richtung im Wesentlichen asymmetrisch, wie in 2C gezeigt. In der zweiten Variation der zweiten Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, werden unnötige Schwingungen, wie in 2B und 2D gezeigt, im Wesentlichen nicht erregt. Die erregte natürliche Schwingungsmode, wie in 2A gezeigt, erscheint an den externen Anschlüssen T31 und T33. Die erregte natürliche Schwingungsmode, wie in 2C gezeigt, erscheint an den externen Anschlüssen T32 und T34. Daher kann die zweite Variation der zweiten Ausführungsform Störschwingungsmoden unterdrücken und besitzt daher eine günstige variable Frequenzcharakteristik.
Die zweite Variation der zweiten Ausführungsform, die in 12A, 12B und 12C gezeigt ist, kann folgendermaßen modifiziert werden. Periodische Interdigitalelektroden und periodische Nutabschnitte, die verkürzt oder nicht verkürzt sind, können auf dem piezoelektrischen Substrat so angeordnet werden, dass sie zu den Interdigitalelektroden von 12A, 12B und 12C benachbart sind. Die periodischen Interdigitalelektroden und die periodischen Nutabschnitte sind zueinander benachbart oder gleichmäßig beabstandet. Die periodischen Interdigitalelektroden und die periodischen Nutabschnitte reflektieren erregte Schwingungen, wobei somit die Schwingungsenergie der erregten Schwingung in der Nähe der Interdigitalelektroden konzentriert wird. Ein Eigenschaftsverbesserungsmittel wie z. B. die periodischen Interdigitalelektroden und die periodischen Nutabschnitte wird in einer herkömmlichen Oberflächenwellenvorrichtung (mit einem Filter und einem Resonator) verwendet.
Eine dritte Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 13A bis 13F beschrieben. Die dritte Ausführungsform verwendet eine Biegeschwingungsmode und besitzt Elektroden, die durch eine Doppel-Stimmgabelstruktur konfiguriert sind, deren beide Enden abgestützt sind.
13A ist eine perspektivische Ansicht, die ein X-geschnittenes Quarzsubstrat mit einer Doppel-Stimmgabelstruktur zeigt, deren beide Enden abgestützt sind. Das in 13A gezeigte Quarzsubstrat weist eine Struktur ähnlich einem herkömmlichen piezoelektrischen Vibrator unter Verwendung einer Doppel-Stimmgabelstruktur und einer Biegeschwingungsmode auf. Zuerst werden Komponenten, die zum herkömmlichen piezoelektrischen Vibrator ähnlich sind, der Einfachheit halber schematisch beschrieben.
Wie in 13A gezeigt, besitzt ein Quarzsubstrat 51 mit einer gleichmäßigen Dicke eine rechteckige Form. Eine rechteckige Öffnung ist so ausgebildet, dass sie vollständig durch eine Mitte des Quarzsubstrats 51 verläuft. Das Quarzsubstrat 51 umfasst einen oberen und einen unteren Teil 52 und 53, ein rechtes und ein linkes Ende 54 und 55 und einen rechten und einen linken Gabelungsteil 56 und 57.
Als nächstes wird nun eine Anordnung und eine Verbindung von Elektroden, die auf dem Quarzsubstrat 51 ausgebildet sind, beschrieben. Wie in 13B gezeigt, die eine Querschnittsansicht ist, die einen Teil des Quarzsubstrats 51 entlang der Linie A-A' von 13A zeigt, sind jeweils Elektroden 61, 61', 62 und 62' auf vier Oberflächen des oberen Teils 52 ausgebildet. Die Elektroden 61, 61', 62 und 62' sind verbunden, wie in 13C gezeigt, die ein projiziertes Diagramm der Elektroden ist. Mit anderen Worten, die vier Elektroden 61, 61', 62 und 62', die wie in 13C gezeigt verbunden sind, sind jeweils auf vier Oberflächen des oberen Teils 52 ausgebildet. In 13A sind die Elektroden 61 und 62 dargestellt, aber die Elektroden 61' und 62' sind hinter dem oberen Teil 52 verborgen.
Ein herkömmlicher Biegeresonator vom Stimmgabeltyp wird durch Ausbilden von vier Elektroden auf vier Oberflächen des unteren Teils 53 des Quarzsubstrats 51 ausgebildet. Es ist bekannt, dass der herkömmliche Biegeresonator vom Stimmgabeltyp etwa mit einer Resonanzfrequenz in einer vertikalen Richtung von 13A in Reaktion auf Wechselspannungen, die an zwei damit verbundene externe Elektroden angelegt werden, schwingt. Die Schwingungsbewegung des herkömmlichen Biegeresonators vom Stimmgabeltyp in der vertikalen Richtung ist ähnlich zu einer Schwingungsbewegung einer Kette in einer vertikalen Richtung. Eine Modenform der Schwingungsverlagerung am oberen Teil 52 ist in 13E gezeigt. Wie in 13E gezeigt, hat die Schwingungsverlagerung den höchsten Punkt an einem mittleren Abschnitt des oberen Teils 52 und die kleinsten Punkte an beiden Enden des oberen Teils 52, mit anderen Worten, am rechten und am linken Gabelungsteil 56 und 57.
Andererseits ist ein Absolutwert einer Schwingungsverlagerung des unteren Teils 53 ähnlich zu jenem des oberen Teils 52, aber eine Richtung der Schwingungsverlagerung des unteren Teils 53 ist zu jener des oberen Teils 52 entgegengesetzt. Folglich ist eine Modenform der Schwingungsverlagerung des unteren Teils 53 eine Inversion der Krümmung von 13E.
In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Elektroden 61, 61', 62 und 62 auf den vier Oberflächen des oberen Teils 52 ausgebildet, wie in 13B und 13C gezeigt, und wie in 13C gezeigt verbunden. Außerdem sind Elektroden, die in einer Mitte des unteren Teils 53 getrennt sind, wie in 13D gezeigt ausgebildet. Die Elektroden des unteren Teils 53 sind von dem herkömmlichen Biegeresonator vom Stimmgabeltyp verschieden.
Wie in 13D gezeigt, sind acht Elektroden 71 bis 74 und 71' bis 74' am unteren Teil 53 ausgebildet. Die Konfiguration der acht Elektroden wird nun von einem Gesichtspunkt von Funktionsweisen davon beschrieben. Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Doppel-Stimmgabelstruktur, in der vier Elektroden, die in 13C gezeigt sind, jeweils auf vier Oberflächen des oberen Teils 52 ausgebildet sind und acht Elektroden, die in 13D gezeigt sind, auf vier Oberflächen des unteren Teils 53 ausgebildet sind. Die vier Elektroden des oberen Teils 52 sind mit den externen Elektroden 41 und 42 verbunden, wie in 13C gezeigt. Die acht Elektroden des unteren Teils 53 sind mit den externen Elektroden T43 und T44 verbunden, wie in 13D gezeigt.
Es ist bekannt, dass Wechselspannungen, die an die externen Anschlüsse 41 und 42 angelegt werden, eine vertikale Schwingung etwa mit einer Resonanzfrequenz im oberen Teil 52 des Quarzsubstrats 51 von 13A erzeugen. Die Schwingungsbewegung des oberen Teils 52 ist ähnlich zu einer vertikalen Schwingungsbewegung einer Kette. Eine Schwingungsverlagerung des oberen Teils 52 in Reaktion auf die angelegten Wechselspannungen zeigt eine Modenform, wie in 13E gezeigt. Der Finger 52 des oberen Teils besitzt die größte Schwingungsverlagerung in dessen Mitte und die kleinste Schwingungsverlagerung an dessen beiden Enden, mit anderen Worten etwa am rechten und linken Gabelungsteil 56 und 57. Die Schwingungsenergie des oberen Teils 52 wird in den unteren Teil 53 über den rechten und den linken Gabelungsteil 56 und 57 ausgebreitet, wobei somit eine Schwingung des unteren Teils 53 verursacht wird, deren Amplitude ähnlich zu jener des oberen Teils 52 ist und deren Schwingungsrichtung zu jener des oberen Teils 52 entgegengesetzt ist.
Andererseits ist auch bekannt, dass eine Wechselspannung, die über die externen Anschlüsse 43 und 44 angelegt wird, eine vertikale Schwingung etwa mit einer Resonanzfrequenz im unteren Teil 53 des Quarzsubstrats 51 von 13A erzeugt. Die Schwingungsbewegung des unteren Teils 53 ist ähnlich zu einer vertikalen Schwingungsbewegung einer Kette. Eine Schwingungsverlagerung des unteren Teils 53 in Reaktion auf die angelegten Wechselspannungen zeigt eine Modenform, wie in 13F gezeigt. Der untere Teil 53 besitzt die größte Schwingungsverlagerung an Zwischenpunkten zwischen einer Mitte desselben und beiden Enden desselben und die kleinste Schwingungsverlagerung in der Mitte desselben und an beiden Enden desselben, mit anderen Worten etwa am rechten und linken Gabelungsteil 56 und 57. Die Schwingungsenergie des oberen Teils 52 wird in den unteren Teil 53 über den rechten und den linken Gabe lungsteil 56 und 57 ausgebreitet, wobei somit eine Schwingung des oberen Teils 52 verursacht wird, deren Amplitude ähnlich zu jener des unteren Teils 53 ist und deren Richtung zu jener des unteren Teils 53 entgegengesetzt ist. Wie in 13D gezeigt, sind die Elektroden des unteren Teils 53 in zwei Elektrodengruppen isoliert, von denen eine die Elektroden 71, 72, 71' und 72' umfasst und von denen die andere die Elektroden 73, 74, 73' und 74' umfasst. Dies liegt daran, dass die Wechselspannungen mit verschiedenen Polaritäten jeweils an die zwei Elektrodengruppen angelegt werden, wie in 13D gezeigt.
In dem Fall, dass die Wechselspannung über die externen Anschlüsse 43 und 44 angelegt wird, wird die Schwingungsenergie des unteren Teils 53 in den oberen Teil 52 über den rechten und den linken Gabelungsteil 56 und 57 übertragen, wobei somit eine Schwingung des oberen Teils 52 verursacht wird, deren Amplitude zu jener des unteren Teils 53 ähnlich ist und deren Richtung zu jener des unteren Teils 53 entgegengesetzt ist. Eine Modenform der Schwingungsverlagerung des oberen Teils 52 ist eine Inversion der Krümmung von 13F.
Wie vorstehend beschrieben, erscheinen beide der zwei natürlichen Schwingungsmoden vollständig in dem Resonator vom Doppelstimmgabeltyp der vorliegenden Erfindung. In einer ähnlichen Weise zur ersten Ausführungsform kann eine Parallelresonanzfrequenz des Resonators vom Doppelstimmgabeltyp durch Einstellen von Amplituden von Signalen, die jeweils an den oberen und den unteren Teil angelegt werden, gesteuert werden.
Die erste bis dritte Ausführungsform des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben. Diese Ausführungsformen verwenden zwei natürliche Schwingungsmoden einer Di ckenscherschwingung, einer Oberflächenwellenschwingung und einer Stimmgabel-Längsschwingung.
Der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die erste bis dritte Ausführungsform begrenzt. Der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung kann zu einer anderen Ausführungsform unter Verwendung eines piezoelektrischen Vibrators modifiziert werden, der eine Biegeschwingung, eine Längsschwingung, eine Flächenscherschwingung, eine Breitendehnungsschwingung, eine Dickenscherschwingung, eine Dickenlängsschwingung, eine horizontale Scheroberflächenwellenschwingung, eine SMR-Schwingung oder eine Stoneley-Oberflächenwelle erregen kann. Der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zwei Elektrodenpaare zum unabhängigen Ansteuern von mindestens zwei natürlichen Schwingungsmoden eines piezoelektrischen Vibrators. Die mindestens zwei natürlichen Schwingungsmoden werden unter einer großen Anzahl von natürlichen Schwingungsmoden ausgewählt. Folglich kann der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung ein Element mit variabler Reaktanz beseitigen und eine Frequenz durch Steuern einer Differenz zwischen zwei Ansteuerspannungen, die jeweils an die zwei Elektrodenpaare angelegt werden, einstellen.
Der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein piezoelektrisches Material verwendet, wird folgendermaßen zusammengefasst. Die Anordnungen und Formen von Elektroden, die auf einem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, sind so konfiguriert, dass sie in der horizontalen und vertikalen Richtung im Wesentlichen symmetrisch sind. Ein erstes Paar der Elektroden, die mit derselben Polarität verbunden sind, und ein zweites Paar der Elektroden, deren Polaritäten in Bezug auf eine Mitte davon zueinander entgegengesetzt sind, sind angeordnet.
Mit anderen Worten, zwei Elektrodenpaare für eine effektive Konzentration von elektrischen Ladungen, die von zwei natürlichen Schwingungsmoden stammen, sind angeordnet. Jede der Elektroden ist so konfiguriert, dass die elektrischen Ladungen angelegt werden.
Daher ist der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung so konfiguriert, dass mehrere Elektroden auf demselben piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind und zwei erregte natürliche Schwingungsmoden unabhängig gesteuert werden.
Die erste bis sechste Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben. Die erste bis sechste Ausführungsform verwenden den komplexen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die erste Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung, die so konfiguriert ist, dass eine Schwingungsfrequenz über einen breiten Bereich etwa mit einer Parallelresonanzfrequenz eingestellt wird, indem Spannungen gesteuert werden, die an zwei externe Anschlüsse angelegt werden, wird zuerst beschrieben.
Ein herkömmlicher Schwingkreis schwingt etwa mit einer "Resonanzfrequenz", wohingegen der Schwingkreis gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer "Parallelresonanzfrequenz" schwingt, da der komplexe Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen so arbeitet, dass eine Parallelresonanzfrequenz eingestellt wird.
Wegen der Schwingung eines Parallelkreises etwa mit einer Parallelresonanzfrequenz ist der Schwingkreis der vorliegenden Erfindung durch T-förmige Schaltungen konfiguriert, die mit einem Verstärker verbunden sind. Jede der T-förmigen Schaltungen ist durch einen Reihenzweig und einen Parallelzweig konfiguriert. Der Reihenzweig weist zwei Kondensatoren auf. Der Parallelzweig ist mit dem komplexen Resonanzkreis der vorliegenden Erfindung verbunden. Der Schwingkreis gemäß der vorliegenden Erfindung ist von einem herkömmlichen Schwingkreis, der durch eine mit einem Verstärker verbundene π-förmige Schaltung konfiguriert ist, vollständig verschieden. Im herkömmlichen Schwingkreis ist ein Reihenzweig mit einem Quarzoszillator verbunden und ein Parallelzweig weist zwei Kondensatoren auf.
14A ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die erste Ausführungsform umfasst den komplexen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein von einer gestrichelten Linie eingeschlossener Teil 80 entspricht dem komplexen Resonator (nachstehend "piezoelektrischer Vibrator") gemäß der vorliegenden Erfindung, der schematisch dargestellt ist. Externe Anschlüsse T41, T42, T43 und T44 sind zu den externen Anschlüssen der Ausführungsformen des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung ähnlich, die bereits beschrieben wurden. Die externen Anschlüsse T42 und T44 des piezoelektrischen Vibrators 80 sind geerdet. Der externe Anschluss T41 ist mit einem Dämpfungsglied ATT41 und zwei Kondensatoren C1 und C2 verbunden. Der externe Anschluss T43 ist mit einem Dämpfungsglied ATT41 und zwei Kondensatoren C3 und C4 verbunden.
Ein Verstärker AMP41, der durch mindestens einen herkömmlichen Transistor oder mindestens eine komplexe Schaltung mit mindestens einem herkömmlichen Transistor konfiguriert ist, umfasst einen Eingangsanschluss T58, einen Ausgangsanschluss T59, dessen Ausgangsphase zu einer Eingangsphase des Eingangsanschlusses T58 entgegenge setzt ist, und einen Ausgangsanschluss T65, dessen Ausgangsphase dieselbe wie die Eingangsphase des Eingangsanschlusses T58 ist.
Der Gegenphasen-Ausgangsanschluss T59 des Verstärkers AMP41 ist in Anschlüsse T51 und T54 gespalten, die mit vier Kondensatoren C1 bis C4 und dem piezoelektrischen Vibrator 80 über die Dämpfungsglieder ATT41 bzw. ATT42 verbunden sind. Die Anschlüsse T51 und T54 sind auch mit einem Zwischenabgriff T57 verbunden. Der in 14A gezeigte Schwingkreis ist durch einen negativen Rückkopplungsschleifenkreis des Verstärkers AMP41 konfiguriert.
Der negative Rückkopplungsschleifenkreis entspricht einem negativen Rückkopplungspfad, der vom Ausgangsanschluss des Verstärkers mit dem Eingangsanschluss verbindet. Ein Pfad, der vom Ausgangsanschluss T59 mit dem Zwischenabgriff T57 verbindet, konfiguriert eine Leistungsverteilungsschaltung. Die Leistungsverteilungsschaltung umfasst zwei Leistungsverteilungspfade, von denen einer durch einen Pfad konfiguriert ist, der vom Zwischenabgriff T51 mit dem Zwischenabgriff T57 verbindet, und von denen der andere durch einen Pfad konfiguriert ist, der vom Zwischenabgriff T54 mit dem Zwischenabgriff T57 verbindet. Außerdem ist in den zwei elektrischen Leistungsversorgungspfaden ein erster elektrischer Stromzweigpfad durch zwei Pfade konfiguriert: einen Pfad über die Zwischenabgriffe T52 → T53 → T57 und einen Pfad über die Zwischenabgriffe T55 → T56 → T57. Ein zweiter elektrischer Stromzweigpfad ist durch zwei Pfade konfiguriert: einen Pfad, der von einem Mittelpunkt zwischen den Zwischenabgriffen T52, T53 mit dem Erdpotential über den piezoelektrischen Vibrator 80 verbindet, und einen Pfad, der von einem Mittelpunkt zwischen den Zwischenabgriffen T55, T56 mit dem Erdpotential über den piezoelektrischen Vibrator 80 verbindet.
Ein Ende eines Reihenkreises mit einem Kondensator C11 und einer Spule L12 ist mit dem Eingangsanschluss T58 des Verstärkers AMP41 verbunden und das andere Ende des Reihenkreises ist geerdet. Ein Ende eines Reihenkreises mit Kondensatoren C9 und C10 ist mit dem Eingangsanschluss T58 verbunden und das andere Ende des Reihenkreises ist geerdet. Eine Schaltungsschleife, die von einem Mittelpunkt zwischen den Kondensatoren C9, C10 mit dem Ausgangsanschluss T65 über einen Widerstand R8 verbindet, ist konfiguriert. Diese Schaltungsschleife entspricht einer positiven Rückkopplungsschaltungsschleife des Verstärkers AMP41.
Die negative Rückkopplungsschaltungsschleife konfiguriert einen negativen Rückkopplungspfad, der vom Ausgangsanschluss des Verstärkers mit dem Eingangsanschluss verbindet.
Selbst wenn ein Wert des Widerstandes R8 0 ist, d. h. der Widerstand R8 kurzgeschlossen ist, arbeitet der Verstärker AMP41 im Wesentlichen, was zu einem herkömmlichen Schwingkreis ähnlich ist.
Eine Funktion der positiven Rückkopplungsschaltungsschleife wird nun beschrieben. Eine Schaltung mit dem Eingangsanschluss T58 des Verstärkers AMP41, dem Ausgangsanschluss T65, der Spule L12, den Kondensatoren C11, C9, C10 und dem Widerstand R8 konfiguriert einen herkömmlichen Colpitts-Oszillator (Clapp-Oszillator). Die Elementwerte der Schaltung sind willkürlich konfiguriert und wenn eine Verstärkung des Verstärkers AMP41 einen ausreichenden Wert aufweist, beginnt der Schwingkreis seine Schwingung und hält diese aufrecht.
Und eine Schwingungsfrequenz in diesem Fall ist ungefähr eine Resonanzfrequenz einer Synthesekapazität einer Reihenschaltung mit der Spule L12 und drei Kondensatoren C11, C9 und C10. In der ersten Ausführungsform wird eine Schwingungsfrequenz etwa mit einer Parallelresonanzfrequenz, die vom komplexen Resonanzkreis mit dem piezoelektrischen Vibrator 80 erzeugt wird, ausgewählt.
Der Kondensator C11 besitzt eine Gleichspannungs-Grenzfunktion, so dass eine Gleichvorspannung mit einer zweckmäßigen Amplitude an den Verstärker AMP41 angelegt wird.
Der Verstärker AMP41 und ein Bandpassfilter FIL41 sind so konfiguriert, dass sie Verstärkungen aufweisen, die zum Kompensieren eines Verlusts in der Schwingung des ganzen Schwingkreises ausreichen, und folglich erregt der piezoelektrische Vibrator 80 eine Parallelresonanzfrequenz. Der Verstärker AMP41 und das Bandpassfilter FIL41 weisen eine solche Phasencharakteristik auf, dass der piezoelektrische Vibrator 80 etwa mit einer Parallelresonanzfrequenz schwingt. Der Verstärker AMP41 und das Bandpassfilter FIL41 können eine Funktion, beispielsweise einen AGC-Mechanismus, aufweisen, um einen Ausgangspegel an einem Ausgangsende (am Zwischenabgriff 59) des Verstärkers AMP41 konstant zu halten.
Ein Prinzip des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Der Schwingkreis schwingt etwa mit einer Parallelresonanzfrequenz des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung. Da ein Teil einer oberen Hälfte mit den Zwischenabgriffen 52, 53 und den externen Anschlüssen T41, T42 des piezoelektrischen Vibrators 80 ähnlich zu einem Teil der unteren Hälfte mit den Zwischenabgriffen 55, 56 und den externen Anschlüssen T43, T44 des piezoelektrischen Vibrators 80 konfiguriert ist, wird nur der Teil der oberen Hälfte beschrieben.
Der obere Teil mit den Zwischenabgriffen 52, 53 und den externen Anschlüssen T41, T42 des piezoelektrischen Vibrators 80 konfiguriert eine T-förmige Schaltung. Das heißt, die T-förmige Schaltung ist durch zwei Teile konfiguriert: von denen einer ein Parallelzweig ist, der mit den externen Anschlüssen T41 und T42 des piezoelektrischen Vibrators 80 verbunden ist, und von denen der andere ein Reihenzweig ist, der mit den zwei Kondensatoren C1 und C2 verbunden ist. Der negative Rückkopplungskreis ist durch zwei T-förmige Schaltungen konfiguriert, was folglich einen Effekt ähnlich einer Impedanzinversionsfunktion ermöglicht, wie in 15 gezeigt. Der Effekt wird von der Verstärkung des Verstärkers AMP41 begleitet.
Der negative Rückkopplungskreis ist durch zwei T-förmige Schaltungen konfiguriert, folglich wird eine Frequenzcharakteristikkurve b5, die in 15 gezeigt ist und die zur Frequenzcharakteristikkurve b3 von 5 vertikal umgekehrt ist, beobachtet. Die vertikale Achse von 15 entspricht einer angelegten Spannung am Zwischenabgriff 65, die durch eine angelegte Spannung am Zwischenabgriff 58 geteilt wird. Die horizontale Achse von 15 entspricht einer Frequenz.
Die Frequenzcharakteristikkurve b5 von 15, die zur Frequenzcharakteristikkurve b3 von 5 vertikal umgekehrt ist, wird beobachtet. Folglich ist es scheinbar verständlich, dass eine Parallelresonanzfrequenz des piezoelektrischen Vibrators der vorliegenden Erfindung als Resonanzfrequenz eines herkömmlichen piezoelektrischen Vibrators betrachtet wird. Daher kann der Schwingkreis durch den positiven und den negativen Rückkopplungskreis mit den T-förmigen Schaltungen und dem Verstärker mit einer vorbestimmten Frequenzcharakteristik konfiguriert werden.
Als nächstes wird nun ein Verfahren zum kontinuierlichen Einstellen einer Frequenz durch Ändern von Spannungen, die an zwei externe Anschlüsse des piezoelektrischen Vibrators angelegt werden, beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn die Spannungen, die jeweils an die externen Anschlüsse T41 und T43 des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt werden, geändert werden, eine Parallelresonanzfrequenz fp eingestellt, wie in 6 gezeigt. In dem in 14A gezeigten Schwingkreis wird eine Einstellung der Parallelresonanzfrequenz fp durch Einstellen einer Differenz der Dämpfungswerte zwischen zwei Dämpfungsgliedern durchgeführt: von denen eines ATT41 zwischen den Zwischenabgriffen 51 und 52 ist und von denen das andere das Dämpfungsglied ATT42 zwischen der Mitte der Zwischenabgriffe 54 und 55 ist.
Eine Leistungsausgabe des Verstärkers am Zwischenabgriff 51 wird durch das Dämpfungsglied ATT41 gedämpft, so dass eine ausreichende Spannung daran angelegt wird. Und dann wird die Spannung an den externen Anschluss T41 des piezoelektrischen Vibrators über den Kondensator C1 angelegt. Durch willkürliches Einstellen eines Dämpfungswerts des Dämpfungsgliedes ATT41 kann die angelegte Spannung am externen Anschluss T41 willkürlich gesteuert werden. In derselben Weise kann eine angelegte Spannung am externen Anschluss T43 durch willkürliches Einstellen eines Dämpfungswerts des Dämpfungsgliedes ATT42 willkürlich gesteuert werden.
Durch Steuern jedes Dämpfungswerts der zwei Dämpfungsglieder ATT41 und ATT42 können die angelegten Spannungen an den externen Anschlüssen T41 und T43 willkürlich eingestellt werden. Daher kann ein Wert einer Parallelresonanzfrequenz fp willkürlich eingestellt werden, wie in 6 gezeigt.
Selbst wenn die vier Kondensatoren C1 bis C4 durch vier Spulen, vier Widerstände oder Kombinationen von Kondensatoren, Spulen und Widerständen ersetzt werden, wird ein ähnlicher Effekt erhalten. Eine Ausgangsimpedanz eines kommerziellen Dämpfungsgliedes ist 50 Ω. Ausgangsimpedanzen der Dämpfungsglieder ATT41 und ATT42 der ersten Ausführungsform sind nicht auf diesen Wert begrenzt. Wenn die Ausgangsimpedanzen der Dämpfungsglieder ATT41 und ATT42 äußerst klein sind, beispielsweise nicht geringer als 1 Ω, zeigen die Dämpfungsglieder ATT41 und ATT42 bevorzugte Charakteristiken. Wenn die Dämpfungsglieder ATT41 und ATT42 durch Widerstandsdämpfungsglieder ersetzt werden, von denen jedes ein internes Element mit einem Widerstand aufweist, wird außerdem ein ähnlicher Effekt erhalten. Und selbst wenn die Dämpfungsglieder ATT41 und ATT42 durch Dämpfungsglieder ersetzt werden, von denen jedes ein Reaktanzelement mit einem Kondensator und einer Spule aufweist, wird ein ähnlicher Effekt erhalten.
Die erste Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet etwa mit einer Parallelresonanzfrequenz fp des piezoelektrischen Vibrators 80. Da der piezoelektrische Vibrator eine Charakteristik mit hoher Impedanz etwa bei der Parallelresonanzfrequenz zeigt, ist es erforderlich, auf eine Veränderung einer Streukapazität zu achten, die um den piezoelektrischen Vibrator zu der Zeit erzeugt wird, zu der der Schwingkreis verpackt wird. Wegen der Verringerung eines Einflusses der Streukapazität und der Herstellung eines leicht zu verwendenden Schwingkreises ist es bevorzugt, dass die Schaltungselemente, einschließlich beispielsweise der Zwischenabgriffe 52, 53, 55 und 56, der vier Kondensatoren C1 bis C4 und des piezoelektrischen Vibrators 80 von 14A, im gleichen Gehäuse verpackt werden. Und folglich wird der Einfluss der Änderung der Streukapazität durch einen überzogenen Teil im Gehäuse verringert. Wie vorstehend beschrieben, können vier Kondensatoren C1 bis C4 durch vier Spulen, vier Widerstände oder die Kombinationen von Spulen, Kondensatoren und Widerstanden ersetzt werden.
Eine Variation der zweiten Ausführungsform des Schwingkreises wird nun mit Bezug auf 14B beschrieben. Der in 14A gezeigte Schwingkreis wird folgendermaßen zu einem in 14B gezeigten Schwingkreis modifiziert.
Zuallererst wird das Dämpfungsglied ATT41 von 14A entfernt und dann werden die Zwischenabgriffe T51 und T52 miteinander kurzgeschlossen. Ebenso wird das Dämpfungsglied ATT42 entfernt und dann werden die Zwischenabgriffe T54 und T55 miteinander kurzgeschlossen. Das entfernte Dämpfungsglied ATT41 wird zwischen den externen Anschluss 42 und das Erdpotential des piezoelektrischen Vibrators 80 geschaltet. Ebenso wird das entfernte Dämpfungsglied ATT2 zwischen den externen Anschluss 44 und das Erdpotential des piezoelektrischen Vibrators 80 geschaltet. In einer solchen Schaltungsstruktur, wie in 14B gezeigt, werden die Dämpfungswerte der Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2 so gesteuert, dass elektrische Potentialdifferenzen zwischen den externen Anschlüssen 41 und 42 des piezoelektrischen Vibrators 80 und zwischen den externen Anschlüssen 43 und 44 geändert werden können. Folglich kann eine Parallelresonanzfrequenz des piezoelektrischen Vibrators 80 eingestellt werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufheben von parallelen Kapazitäten eines piezoelektrischen Vibrators nun mit Bezug auf 16 beschrieben. 16 ist ein schematischer Schaltplan, der die zweite Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 16 gezeigt, ist die zweite Ausführungsform so konfiguriert, dass Schaltungen 90 und 91, die von gestrichelten Linien eingeschlossen sind, zur Schaltung von 14A hinzugefügt sind. Da beide der zusätzlichen Schaltungen dieselben Komponenten und Funktionen aufweisen, wird nur die Schaltung 90 beschrieben.
Die Schaltung 90 umfasst Kondensatoren C1', C2' und CO1' und einen Differenzverstärker AMP90. Es ist konfiguriert, dass die zwei Kondensatoren C1' und C2' denselben Kapazitätswert wie jenen der Kondensatoren C1 und C2 aufweisen. Es ist auch konfiguriert, dass ein Kapazitätswert des Kondensators CO1' derselbe wie jener einer parallelen Kapazität CO1, die zwischen die externen Anschlüsse T41 und T42 des piezoelektrischen Vibrators 80 geschaltet ist, ist. Leistungsausgänge des Kondensators C2 und des Kondensators C2' sind mit positiven und negativen Eingangsanschlüssen des Differenzverstärkers AMP90 über einen Zwischenabgriff T53 bzw. T53' verbunden.
In der zweiten Ausführungsform kann die parallele Kapazität CO1 zwischen den externen Anschlüssen T41 und T42 des piezoelektrischen Vibrators 80 durch ein Brückenabgleichphänomen aufgehoben werden. In derselben Weise kann eine parallele Kapazität CO2 zwischen den externen Anschlüssen T43 und T44 durch die durch die gestrichelte Linie von 16 eingeschlossene Schaltung 91 aufgehoben werden.
Eine dritte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufheben von parallelen Kapazitäten eines piezoelektrischen Vibrators in einer anderen Weise wird nun mit Bezug auf 22A beschrieben.
Wie in 22A gezeigt, umfasst die dritte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung eine T-förmige Schaltung über einer Wechselspannungsquelle e1 und einen Lastwiderstand RL. Ein herkömmlicher piezoelektrischer Vibrator Q1 ist mit einem Mittelpunkt eines Reihenzweigs mit einem Kondensator C1 und einer Spule L2 verbunden.
Der piezoelektrische Vibrator Q1 in der Schaltung von 22A ist aus einem AT-geschnittenen Quarzresonator vom HC-49/U-Typ gebildet, dessen Resonanzfrequenz 9,9952 MHz beträgt. Eine Konstruktion und eine Spezifikation des piezoelektrischen Vibrators ist dieselbe wie die vorstehend beschriebenen. Ein nominaler Kapazitätswert des Kondensators C1 ist 2,5 pF und ein nominaler Induktivitätswert der Spule L2 ist 27 μH.
Konfigurationsbedingungen der Schaltungselementkonstanten der T-förmigen Schaltung von 22A werden nun mit Bezug auf 22B beschrieben.
Wenn ein Kapazitätswert der parallelen Kapazität des piezoelektrischen Vibrators Q1 durch CO1 gegeben ist, ist konfiguriert, dass eine Summe (CO1 + C1) des Kapazitätswerts der parallelen Kapazität CO1 und des Kapazitätswerts des Kondensators C1 im Bereich einer Betriebsfrequenzbandbreite (einer Schwingungsfrequenzbandbreite) liegt. Es ist auch konfiguriert, dass eine Resonanzfrequenz, die aus einem Induktivitätswert der Spule L2 bestimmt wird, im Bereich der Betriebsfrequenzbandbreite (der Schwingungsfrequenzbandbreite) liegt. Wenn die Kapazitätswerte von CO1 und C1 relativ klein sind, ist es möglich, die Kapazitätswerte und die Resonanzfrequenz in Anbetracht eines Einflusses der Streukapazität experimentell umzukonfigurieren.
23 ist ein Graph, der eine experimentelle Frequenzcharakteristikkurve für die in 22A gezeigte dritte Ausführungsform zeigt. Die horizontale Achse von 23 entspricht einer Frequenz und die vertikale Achse entspricht einem Absolutwert eines Dämpfungswerts. Es ist aus 23 verständlich, dass die experimentelle Frequenzcharakteristikkurve in Bezug auf die Frequenz symmetrisch ist und dass der Einfluss der parallelen Kapazität verringert und im Wesentlichen aufgehoben ist. Da der in 23 gezeigte Dämpfungswert einen Maximalpunkt bei einer Frequenz von 9,9952 MHz aufweist, die einer Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Vibrators Q1 entspricht, ist es verständlich, dass ein Impedanzinversionseffekt auch erzeugt wird.
Es ist zu beachten, dass eine Position der Spule im Reihenzweig modifiziert ist. Die Position der Spule von 22A ist modifiziert, wie in 22C gezeigt. Wie in 22C gezeigt, wird, selbst wenn eine Spule L1 in einer Position angeordnet ist, in der der Kondensator C1 von 22B angeordnet ist, und ein Kondensator C2 in einer Position angeordnet ist, in der die Spule L2 von 22B angeordnet ist, ein ähnlicher Effekt erhalten.
Eine der Schaltungselementkonstanten der T-förmigen Schaltung, die nicht beschrieben wurde, wird nun beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die eine der Schaltungselementkonstanten der T-förmigen Schaltung zum Optimieren eines effektiven Gütewerts (einer effektiven Schärfe der Spitzenresonanz) des piezoelektrischen Vibrators Q1 (des komplexen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung) verwendet, so dass der effektive Gütewert etwa bei einer Parallelresonanzfrequenz nicht verschlechtert wird. Die Konfigurationsbedingungen der optimierten Schaltungskonstanten sind folgendermaßen.
In 22B wird zuerst konfiguriert, dass ein Kapazitätswert des Kondensators C1, der mit einem Reihenzweig verbunden ist, zehnmal oder weniger als ein Kapazitätswert der parallelen Kapazität CO1 ist. Es ist konfiguriert, dass die parallele Kapazität CO1 von 22B die parallele Kapazität CO1 des piezoelektrischen Vibrators Q1 von 22A ist. Unter der derartigen Konfigurationsbedingung der Schaltungselementkonstanten wird ein Resonanzimpedanzwert eines Resonanzteils mit dem Kondensator C1 und der Spule L2 der T-förmigen Schaltung ein ausreichend großer Wert, so dass der piezoelektrische Vibrator Q1, der mit einem Parallelzweig verbunden ist, beachtlich einen Impedanznebenschlusseffekt aufweist.
In der Schaltung von 22B ist experimentell bestätigt, dass der Parallelkapazitätsaufhebungseffekt und der Impedanzinversionseffekt unter der folgenden Bedingung erhalten werden. Es ist konfiguriert, dass eine Resonanzfrequenz, die aus der Summe (CO1 + C1) der Kapazitätswerte der parallelen Kapazität CO1 des Quarzresonators Q1 und des Kapazitätswerts des Kondensators C1 bestimmt ist, innerhalb des Bereichs einer Arbeitsfrequenzbandbreite liegt. Außerdem ist konfiguriert, dass der Induktivitätswert der Spule L2 im Bereich der Arbeitsfrequenzbandbreite liegt. Dieses Verhalten wird mit Bezug auf eine in 24A gezeigte Schaltung, die eine Ersatzschaltung von 22B ist, theoretisch analysiert.
In 24A ist eine T-förmige Schaltung über eine Wechselspannungsquelle e1, einen Widerstand R1 und einen Lastwiderstand RL verbunden. Die T-förmige Schaltung umfasst einen Reihenkreis, der durch Impedanzen Z1 und Z2 konfiguriert ist. Die T-förmige Schaltung umfasst auch einen Parallelkreis, der durch Impedanzen Zp und Zs konfiguriert ist, wobei der Parallelkreis mit einem Mittelpunkt des Reihenkreises verbunden ist. Die Impedanz Zp entspricht einem Parallelkapazitätsteil des piezoelektrischen Vibrators. Die Impedanz Zs entspricht einer Impedanz des Reihenkreises von L11, C11 und r11 des piezoelektrischen Vibrators.
Für den Zweck der Analyse einer Leistung der in 24A gezeigten Schaltung ist es bevorzugt, dass ein Kaskadenmatrixelement der T-förmigen Schaltung zwischen den Zwischenabgriffen T52 und T53 zuerst berechnet wird und dann ein Scheinleitwertmatrixelement Y21, das zweckmäßig ist, um den Parallelkapazitäts-Aufhebungseffekt abzuschätzen, berechnet wird. Die folgende Gleichung wird durch Durchführen der derartigen Rechenprozesse erhalten.
Hier gilt
wenn eine durch eine Gleichung 5 gegebene Bedingung erfüllt ist, kann die Gleichung 4 einfach durch die folgende Gleichung umgeschrieben werden.
Es ist erforderlich, die rechte Seite der Gleichung 6 zu beachten, in der der Zähler nur die Impedanz Zs der Reihenschaltung aufweist, die durch L11, C11 und r11 konfiguriert ist.
Der Zähler der Gleichung 6 weist nur die Impedanz Zs auf. Zp ist in der Gleichung 6 beseitigt, was bedeutet, dass die Impedanz Zp der parallelen Kapazität CO1 aufgehoben ist, und außerdem bedeutet, dass der Scheinleitwert Y21 zur Impedanz Zs proportional ist und die invertierte Impedanz Zs in den Scheinleitwert umgesetzt ist.
Als nächstes wird nun die Gleichung 5, die die Bedingung angibt, unter der die parallelen Kapazitäten aufgehoben werden und die Impedanz invertiert wird, beschrieben. Da die Gleichung 5 selbst dann gilt, wenn Z1 und Z2 gegeneinander ausgetauscht werden, wird die folgende Gleichung durch Umordnen von Gleichung 5 in Bezug auf Z2 erhalten.
Wie vorstehend beschrieben, ist, da die Impedanz Zp der parallelen Kapazität CO1 des piezoelektrischen Vibrators entspricht, die Impedanz Zp durch die folgende Gleichung gegeben.
Da die Impedanz Z1 eine Impedanz eines Kondensators mit dem Kapazitätswert C1 ist, ist außerdem die Impedanz Z1 durch die folgende Gleichung gegeben.
Die folgende Gleichung wird durch Einsetzen der Gleichung 9 und der Gleichung 8 in die Gleichung 7 erhalten.
Da die Impedanz Z2 der Gleichung 10 eine Impedanz einer Spule mit dem Induktivitätswert L2 ist, ist die Impedanz Z2 durch die folgende Gleichung gegeben. Z2 = jwL2 (Gleichung 11)
Die folgende Gleichung wird durch Einsetzen von Gleichung 11 in Gleichung 10 erhalten.
Wenn die Resonanzwinkelfrequenz ω der Gleichung 12 durch die folgende Gleichung gegeben ist, ist die durch die Gleichung 10 gegebene Bedingung, d. h. die Gleichung 5, vollständig erfüllt.
Hier wird die Resonanzwinkelfrequenz ωc von Gleichung 13 als Parallelkapazitätsaufhebungs-Resonanzwinkelfrequenz bezeichnet. Obwohl die Bedingungsgleichung 5 vollständig erfüllt ist, wenn die Parallelkapazitätsaufhebungs-Resonanzwinkelfrequenz ωc einer Wert aufweist, ist eine Bedingung, dass die linke Seite der Bedingungsgleichung 5 ungefähr 0 ist, selbst dann erfüllt, wenn die Parallelkapazitätsaufhebungs-Resonanzwinkelfrequenz von ungefähr ωc den ungefähren Wert aufweist. Die Gleichung 4 wird durch die Gleichung 6 genähert, da der zweite Term des Nenners der Gleichung 4 einen Wert von weniger als 1 aufweist. Die Korrektheit der vorstehend erwähnten theoretischen Analyse wird durch das in 23 gezeigte Messergebnis bewiesen.
Die dritte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wurde beschrieben. In der dritten Ausführungsform entspricht die Impedanz Z2 der Gleichung 10 der Spule. Die nächste Ausführungsform, bei der die Impedanz Z2 einer "negativen Kapazität" entspricht, wird beschrieben. Ein Schwingkreis mit einer negativen Kapazität ist beispielsweise im " Japanischen Patent Nr. 3400165 " offenbart. In diesem Fall ist eine Frequenzabhängigkeit der negativen Kapazität ähnlich zu einer Frequenzabhängigkeit der linken Seite der Gleichung 5. Folglich ist eine durch die Gleichung 10 gegebene Bedingung über einen breiten Frequenzbereich erfüllt.
Eine vierte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 25 beschrieben. Ein in 25 gezeigter Schwingkreis besitzt zwei T-förmige Schaltungen von 22A, von denen jede den komplexen piezoelektrischen Vibrator gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, der mit einem Parallelzweig, dem Kondensator und der Spule verbunden ist.
Wie in 25 gezeigt, sind in einem komplexen Vibrator 80 zwei herkömmliche piezoelektrische Vibrator Q1 und Q2 über die externen Anschlüsse 41 und 42 bzw. über die externen Anschlüsse 43 und 44 verbunden. Resonanzfrequenzen der zwei piezoelektrischen Vibrator Q1 und Q2 sind 9,9952 MHz bzw. 10,005116 MHz. Beide der piezoelektrischen Vibrator Q1 und Q2 sind aus einem AT-geschnittenen Quarzresonator vom HC-49/U-Typ gebildet und ihre Konstruktion und Spezifikation sind dieselbe wie die vorstehend beschriebene.
Jeder nominale Kapazitätswert der Kondensatoren C1 und C2 ist 2,5 pF und jeder nominale Induktivitätswert der Spulen L2 und L4 ist 27 μH.
Die Bedingungen der Schaltungselementkonstanten der T-förmigen Schaltungen von 25 zwischen den Zwischenabgriffen 52 und 53 (einschließlich des Quarzresonators Q1) und zwischen den Zwischenabgriffen 55 und 56 (einschließlich des Quarzresonators Q2) werden durch Übernehmen der mit Bezug auf 22 beschriebenen Bedingungen für diese konfiguriert.
Eine Schaltung zwischen den Zwischenabgriffen 59 und 57, die in 25 gezeigt ist, ist über einen Hochfrequenzsignalgenerator SG vom frequenzvariablen Typ und ein Pegelmessinstrument L2, wie in der Schaltung von 3 gezeigt, verbunden. Und dann ist eine Beziehung zwischen einer Parallelresonanzfrequenz und einer Differenz der Dämpfungswerte zwischen zwei Dämpfungsgliedern ATT1 und ATT2 in 26 gezeigt.
Es ist aus 26 verständlich, dass in Abhängigkeit von der Differenz der Dämpfungswerte zwischen zwei Dämpfungsgliedern ein Wert einer Parallelresonanzfrequenz kontinuierlich über einen breiten Bereich bis zu 98,6% einer Frequenzdifferenz zwischen Resonanzfrequenzen der zwei piezoelektrischen Vibrator eingestellt werden kann. Ein Absolutwert der maximalen normierten Frequenz variiert über einen breiten Bereich bis zu 978 ppm.
Eine Schaltungskonfiguration mit den zwei Schaltungen, von denen jede die parallele Kapazität aufheben kann, ist durch eine Resonanzschärfe (einen effektiven Gütewert) gekennzeichnet, die zwischen den Resonanzfrequenzen der Quarzresonatoren Q1 und Q2 im Wesentlichen konstant ist.
In 25 ist experimentell erklärt, dass die Parallelresonanzfrequenz mit der Differenz der Dämpfungswerte zwischen den zwei Dämpfungsgliedern ATT1 und ATT2 korreliert ist. Die Korrelation wird nun theoretisch beschrieben.
In 25 umfassen die Parallelzweige externe Anschlüsse 41 und 42 des piezoelektrischen Vibrators 80. Die Elemente A1, B1, C1 und D1 einer Kaskadenmatrix F1 werden unter Verwendung von Schaltungselementwerten über den Zwischenabgriffen T52 und T53 berechnet.
In derselben Weise umfassen in der Schaltung von 25 die Parallelzweige externe Anschlüsse 43 und 44 des piezoelektrischen Vibrators 80. Die Elemente A2, B2, C2 und D2 einer Kaskadenmatrix F2 werden unter Verwendung von Schaltungselementwerten über den Zwischenabgriffen T55 und T56 berechnet.
Ein Analyseergebnis ist in einer Ersatzschaltung von 27A gezeigt. Wie in 27A gezeigt, entspricht eine Spannung V1 einer Spannung über einem Zwischenabgriff T52 und einer Erdung. Eine Spannung V2 entspricht einer Spannung zwischen einem Zwischenabgriff T55 und der Erdung. Eine Spannung V3 entspricht einer Spannung zwischen einem Zwischenabgriff T57 und der Erdung. Die Spannungen V1 und V2 können durch Verändern nur der Dämpfungswerte der Dämpfungsglieder ATT1 und ATT2 eingestellt werden.
Die in 27A gezeigte Ersatzschaltung kann durch eine in 27B gezeigte Ersatzschaltung ersetzt werden. Hier ist Zss1, das in 27B bezeichnet ist, eine Impedanz in einer Richtung von einem Zwischenabgriff T52 von 27A zu einer Leistungsversorgung. Zss2 ist eine Impedanz in einer Richtung von einem Zwischenabgriff T55 von 27A zur Leistungsversorgung. Außerdem ist eine Wechselspannungsquelle e1 von 27B so konfiguriert, dass eine Spannung am Zwischenabgriff T52 von 27B gleich der Spannung V1 von 27A ist. Eine Wechselspannungsquelle e2 von 27B ist so konfiguriert, dass eine Spannung am Zwischenabgriff T55 von 27B gleich der Spannung V2 von 27A ist.
Kaskadenmatrizes F1 und F2 von 27B können durch Z01 bzw. Z02 ersetzt werden, wie in 27C gezeigt. Der Ersatz wird auf der Basis des Thevenin-Theorems unter Verwendung von Elementen der Kaskadenmatrizes durchgeführt. Hier sind die Impedanzen Z01 und Z02 von 27C jeweils durch die folgende Gleichung gegeben.
Außerdem sind die Leistungsversorgungsspannungen e01 und e02 von 27C jeweils durch die folgende Gleichung gegeben.
Für die Herleitung der Beziehung zwischen einer Parallelresonanzfrequenz der Schaltung von 27B und den Spannungen V1 und V2 kann hier konfiguriert werden, dass Zss1, Zss2 und RL gleich Null sind. Folglich ist eine Ausgangsstromintensität IL durch die folgende Gleichung unter einer Bedingung gegeben, dass C1 = C3 und L2 = L4.
Hier entspricht V1 einer Spannung über dem Zwischenabgriff T52 und der Erdung. V2 entspricht einer Spannung über dem Zwischenabgriff T55 und der Erdung. ZS1 ist eine Impedanz des Reihenzweigs, der mit dem piezoelektrischen Vibrator Q1 verbunden ist. ZS2 ist eine Impedanz des Reihenzweigs, der mit dem piezoelektrischen Vibrator Q2 verbunden ist.
Die Gleichung 18 ist formal ähnlich zur Gleichung 1. Die Spannungen V1 und V2 werden mit den Impedanzen ZS1 bzw. ZS2 der zwei Reihenzweige multipliziert. C1 dividiert durch L2 ist konstant, dessen Wert keine Frequenzgangcharakteristik zeigt, was bedeutet, dass ein bevorzugter Gütewert über den breiten Bereich einer variablen Frequenz erhalten wird.
Daher ist die Korrelation zwischen den Spannungen V1 und V2 und der Parallelresonanzfrequenz in der vierten Ausführungsform durch die Gleichung 3 gegeben. Es ist aus den experimentellen Ergebnissen von 20 und 26 verständlich, dass die Gleichung 3 der Korrelation zwischen den Spannungen V1 und V2 und der Parallelresonanzfrequenz folgt.
Daher können die parallelen Kapazitäten über den externen Anschlüssen T41, T42 und zwischen den externen Anschlüssen T43, T44 verringert werden und folglich sind nur die Reihenzweige, die die Resonanzfrequenzen verursachen, beachtlich wirksam. Das heißt, Einflüsse der unnötigen parallelen Kapazitäten können unter Verwendung des komplexen Resonanzkreises gemäß der vorliegenden Erfindung verringert werden. Der komplexe Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung (piezoelektrischer Vibrator) verwendet eine Eigenschaft des piezoelektrischen Vibra tors, der etwa mit einer Parallelresonanzfrequenz fp schwingt, bei der eine Impedanz vergleichsweise hoch ist, so dass ein Verbesserungseffekt einer Gütezahl (entsprechend einem Gütewert des piezoelektrischen Vibrators, dividiert durch das Kapazitätsverhältnis) beachtlich erscheint und folglich eine Erzeugung einer Schwingungsleistungsausgabe mit einer hohen Qualität erwartet werden kann.
Die erste bis vierte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung, die zwei natürliche Schwingungsmoden verwenden, wurden beschrieben. Die erste bis vierte Ausführungsform können folgendermaßen modifiziert werden. Durch Anlegen von beispielsweise drei oder mehr Spannungen werden drei oder mehr natürliche Schwingungsmoden verwendet. In diesem Fall wird ein ähnlicher Effekt erzielt.
Eine fünfte Ausführungsform des Schwingkreises, der direkt mit einer Parallelresonanzfrequenz schwingt, wird nun mit Bezug auf 28 beschrieben.
Eine Grundidee der fünften Ausführungsform ist folgendermaßen. Ein Schwingkreis der fünften Ausführungsform umfasst zwei T-förmige Schaltungen von 25, die mit dem komplexen Resonanzkreis 80 (auch als "piezoelektrischer Vibrator" bezeichnet) der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Der Schwingkreis ist so konfiguriert, dass eine Schleifenverstärkung davon, bei der der komplexe Resonanzkreis 80 schwingen kann, bei einer scharfen Parallelresonanzfrequenz gehalten wird.
28 ist ein Blockdiagramm, das die fünfte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Schwingkreis von 28 besitzt den komplexen Resonanzkreis gemäß der vorliegenden Erfindung, der einem durch eine gestrichelte Linie eingeschlossenen Teil entspricht. Ein Verstärker AMP41 besitzt einen positiven Eingangsanschluss 45 (mit einem Zwischenabgriff 60 verbunden), einen negativen Eingangsanschluss 46 (mit einem Zwischenabgriff 61 verbunden) und einen positiven Ausgangsanschluss 47 (mit Zwischenabgriffen 63, 64 verbunden).
Die fünfte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zum Schwingen mit einer Parallelresonanzfrequenz muss die folgenden drei Grundbedingungen erfüllen.
Eine erste Bedingung ist mit einer positiven Rückkopplungsschleife korreliert. Wie in 28 gezeigt, ist ein Reihenschaltungskreis einer Spule L5, eines Kondensators C6 und eines Widerstandes R3 mit dem positiven Ausgangsanschluss 47 des Verstärkers AMP41 über den Zwischenabgriff 63 verbunden. Der Reihenschaltungskreis ist auch mit dem positiven Eingangsanschluss 45 des Verstärkers AMP41 über den Zwischenabgriff 60 verbunden. Ein Widerstand R4 ist mit einem Mittelpunkt zwischen dem Widerstand R3 und einem Zwischenabgriff 60 verbunden und außerdem mit einem Erdpotential verbunden. Eine positive Rückkopplungsschleife ist durch eine Schleifenschaltung konfiguriert, die vom positiven Ausgangsanschluss 47 mit dem positiven Eingangsanschluss 45 des Verstärkers AMP41 verbunden ist. Wenn eine Schleifenverstärkung der positiven Rückkopplungsschleife mehr als 1 ist, schwingt der Schwingkreis mit einer vorbestimmten Frequenz, deren Bereich variabel ist. Ein Induktivitätswert der Spule L5 und ein Kapazitätswert des Kondensators C6 sind so konfiguriert, dass eine Reihenresonanzfrequenz, die dadurch bestimmt ist, gleich der vorbestimmten Frequenz ist. Andererseits werden die Widerstände R3 und R4 zum Einstellen der Schleifenverstärkung der positiven Rückkopplungsschleife verwendet.
Eine zweite Bedingung ist mit einer negativen Rückkopplungsschleife korreliert. Wie in 28 gezeigt, sind zwei T-förmige Schaltungen konfiguriert. Eine der T-förmigen Schaltungen umfasst eine Spule L2 und einen Kondensator C1, die zwischen die Zwischenabgriffe 52 und 53 und die externen Anschlüsse 41 und 42 des piezoelektrischen Vibrators 80 geschaltet sind. Die andere der T-förmigen Schaltungen umfasst eine Spule L4 und einen Kondensator C3, die zwischen die Zwischenabgriffe 55 und 56 und die externen Anschlüsse 43 und 44 des piezoelektrischen Vibrators 80 geschaltet sind.
Jede der zwei T-förmigen Schaltungen, die eine negative Rückkopplungsschleife konfigurieren, zeigt eine Frequenzcharakteristikkurve, wie in 23 gezeigt. Wenn die Menge einer negativen Rückkopplung der T-förmigen Schaltungen nur bei einer Parallelresonanzfrequenz fp verringert wird, ist die Schleifenverstärkung der positiven Rückkopplungsschleife mehr als 1. Folglich kann der Schwingkreis von 28 mit der Parallelresonanzfrequenz fp schwingen.
Eine dritte Bedingung ist mit einer Stabilisierung einer Gleichvorspannung korreliert. Wie in 28 gezeigt, ist ein Reihenkreis durch einen Widerstand R5 und einen Parallelkreis mit einer Spule L7 und einem Kondensator C8 konfiguriert. Ein Ende des Reihenkreises ist mit dem positiven Ausgangsanschluss 47 des Verstärkers AMP41 über den Zwischenabgriff T64 verbunden. Das andere Ende des Reihenkreises ist mit dem negativen Eingangsanschluss 46 des Verstärkers AMP41 über einen Zwischenabgriff T61 verbunden. Ein Ende eines Widerstandes R6 ist mit einem Mittelpunkt zwischen dem Widerstand R5 und dem Zwischenabgriff T61 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes R6 ist mit einem Erdpotential verbunden. Ein Induktivitätswert der Spule L7 und ein Kapazitätswert des Kondensators C8 sind so konfiguriert, dass eine Pa rallelresonanzfrequenz, die dadurch bestimmt ist, gleich der vorbestimmten Frequenz ist.
Der negative Eingangsanschluss 46 des Verstärkers AMP41 ist mit dem Zwischenabgriff 61 verbunden, folglich ist eine negative Rückkopplungsschleife durch eine Schleife konfiguriert, die vom positiven Ausgangsanschluss T47 mit dem negativen Eingangsanschluss T46 über den Zwischenabgriff T64, wobei der Reihenkreis den Widerstand R5 aufweist und der Parallelkreis die Spule L7 und den Kondensator C8 aufweist, und den Zwischenabgriff T61 verbindet. Da ein Gleichstrom auch durch die negative Rückkopplungsschleife über die Spule L7, die die Schleife konfiguriert, fließt, hat die negative Rückkopplungsschleife eine Funktion der Stabilisierung der Gleichvorspannung vom Schwingkreis, der beginnt zu schwingen, bis eine Schwingungsfrequenz gesättigt ist. Durch Ändern der Werte der Widerstände R5 und R6 können die Gleichvorspannung und eine Schleifenverstärkung der negativen Rückkopplungsschleife hauptsächlich eingestellt werden.
Wenn die drei Bedingungen erfüllt sind, kann der Schwingkreis von 28 eine stabile Schwingungsleistung einer Parallelresonanzfrequenz ausgeben.
Eine Variation der fünften Ausführungsform von 28 wird nun beschrieben.
In der Abwandlung der fünften Ausführungsform von 28 sind Widerstandselemente über den Zwischenabgriffen 62 und 63 von 28 durch mindestens ein Widerstandselement oder mindestens ein Widerstandselement zusammen mit mindestens einem Widerstandselement ersetzt.
Außerdem kann der Verstärker AMP41 durch einen Verstärker mit nur einem positiven Eingangsanschluss und zwei Ausgangsanschlüssen ersetzt werden. Der positive Eingangsanschluss entspricht dem positiven Eingangsanschluss T45 von 28. Die zwei Ausgangsanschlüsse entsprechen dem positiven Ausgangsanschluss T47 von 28 und einem negativen Ausgangsanschluss T48 (nicht dargestellt). In diesem Fall wird der negative Eingangsanschluss T46 vom Zwischenabgriff T61 getrennt und dann wird der Zwischenabgriff T61 mit dem Zwischenabgriff T60 verbunden. Außerdem wird der Zwischenabgriff T63 vom Zwischenabgriff T64 getrennt und dann wird der positive Ausgangsanschluss T47 mit dem Zwischenabgriff T63 verbunden. Der negative Ausgangsanschluss T48 wird mit dem Zwischenabgriff T64 verbunden. Die Abwandlung der fünften Ausführungsform kann ebenso mit einer Parallelresonanzfrequenz fp schwingen.
In der ersten und der fünften Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Schwingkreises werden für den Zweck der Steuerung der über die Anschlüsse T41 und T42 und die externen Anschlüsse T43 und T44 des piezoelektrischen Vibrators angelegten Spannungen die Dämpfungswerte der Dämpfungsglieder eingestellt, während die Leistungsausgabe des Verstärkers konstant gehalten wird. Selbst wenn die Dämpfungsglieder durch Verstärker vom Ausgangsspannungssteuertyp ersetzt werden, wird ein ähnlicher Effekt erreicht. Wenn der Verstärker vom Ausgangsspannungssteuertyp einen kleinen Ausgangsimpedanzwert im Vergleich zum Wert der zwei äquivalenten Widerstände des piezoelektrischen Vibrators (beispielsweise r1 und r2 von 8A) aufweist, wird eine Verschlechterung eines Gütewerts (Schärfe der Spitzenresonanz) einer Parallelresonanzfrequenz zu der Zeit verringert, zu der der Schwingkreis implementiert wird.
Wenn die Differenzverstärker AMP90 und AMP91, die in 16 gezeigt sind, einen kleinen Eingangsimpedanzwert im Vergleich zu den zwei äquivalenten Widerstanden des piezoelektrischen Vibrators (beispielsweise r1 und r2 von 8A) aufweisen, wird ferner die Verschlechterung eines Gütewerts einer Parallelresonanzfrequenz zu der Zeit verringert, zu der der Schwingkreis implementiert wird.
Die Operationsverstärker AMP90 und AMP91 von 16 verwenden ein Brückenabgleichphänomen. Selbst wenn jedes der Dämpfungsglieder ATT41 und ATT42 durch einen Verstärker des Push-Pull-Ausgangstyps ersetzt wird, hat eine modifizierte Schaltung Effekte ähnlich zu der Schaltung.
Wie vorstehend beschrieben, können die erste bis fünfte Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung, die Elemente mit variabler Reaktanz, wie z. B. eine Diode mit variabler Kapazität, beseitigen, eine Frequenz einstellen. Eine Leistung des piezoelektrischen Vibrators der vorliegenden Erfindung kann durch Schaffen eines herkömmlichen Elements mit variabler Reaktanz zusammen weiter verbessert werden.
Eine sechste Ausführungsform des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die sechste Ausführungsform umfasst den piezoelektrischen Vibrator gemäß der vorliegenden Erfindung und umfasst ferner herkömmliche Elemente mit variabler Reaktanz. Ein Kapazitätswert einer Diode mit variabler Kapazität variiert beispielsweise in Abhängigkeit von einer daran angelegten Spannung. Ein Element mit variabler Reaktanz wie z. B. die Diode mit variabler Kapazität besitzt zwei Anschlüsse und arbeitet folglich ähnlich zu einem Kondensator (Kapazität) und einer Spule (Induktivität) mit zwei Anschlüssen. Hier wird ein An schluss eines Elements mit zwei Anschlüssen als P und der andere Anschluss als Q bezeichnet.
Nun wird in Bezug auf die Schaltung von 14A beschrieben, dass eine Schwingungsfrequenz des Schwingkreises durch Ändern einer Position des Elements mit variabler Reaktanz eingestellt werden kann. Wegen der Einstellung einer Schwingungsfrequenz des Schwingkreises kann ein Anschluss P des Elements mit variabler Reaktanz nur beispielsweise mit einem der externen Anschlüsse 41, 42, 43 und 44 des piezoelektrischen Vibrators 80 von 14A verbunden werden. Der andere Anschluss Q des Elements mit variabler Reaktanz wird mit beliebigen Positionen im Schwingkreis von 14A, ausschließlich des Anschlusses P des Elements mit variabler Reaktanz, verbunden. Folglich kann eine Parallelresonanzfrequenz eingestellt werden. In 14A sind die externen Anschlüsse 41 und 42 des piezoelektrischen Vibrators 80 als "heiße Punkte" bezeichnet. Wenn das Element mit variabler Reaktanz in einer Position zwischen dem Punkt 41 und dem Erdpotential (der Masse) oder zwischen dem Punkt 42 und dem Erdpotential angeordnet ist, kann eine Parallelresonanzfrequenz mit hoher Empfindlichkeit eingestellt werden.
Die sechste Ausführungsform besitzt zwei Mittel, von denen eines ein Mittel mit variabler Frequenz zur Verwendung der vorliegenden Erfindung ist und das andere ein Mittel mit variabler Frequenz zur Verwendung des Elements mit variabler Reaktanz ist. Ein Funkkommunikationssystem verwendet beispielsweise die zwei Mittel für den Zweck des Umschaltens eines Kanals und zum Modulieren eines Signals. Der komplexe Resonanzkreis der vorliegenden Erfindung besitzt zwei Reihenzweige, deren Ersatzschaltungskonstanten von den daran angelegten Spannungen abhängen. Unter Verwendung dieses Verhaltens kann ein Filter mit variabler Fre quenz, das eine Frequenzcharakteristik steuern kann, konfiguriert werden.
Die in 3 und 25 gezeigte Messschaltung, die einen der vorstehend beschriebenen komplexen Resonatoren (nachstehend MR) mit dem piezoelektrischen Vibrator usw. gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, verwirklicht real einen Basisbandabschnitt eines Bandsperrfilters (nachstehend BRE). Die in 14 und 28 gezeigten Schwingkreise, die durch den negativen Rückkopplungskreis mit einem MR und vier Kondensatoren konfiguriert sind, umfassen einen Schaltungsteil, der einen Basisbandabschnitt eines Bandpassfilters (nachstehend BTE) verwirklicht. Das Bandpassfilter ist in 17A und 17B gezeigt. Diese vier Kondensatoren, die in 14 und 28 gezeigt sind, können durch vier Spulen, vier Widerstände oder Kombinationen von ihnen ersetzt werden.
Als nächstes wird eine Ausführungsform des Filters gemäß der vorliegenden Erfindung nun als Bandpassfilter mit Bezug auf 17B beschrieben. Eine Schaltungsstruktur von 17B wird durch Parallelschalten eines invertierenden Verstärkers zwischen den Zwischenabgriffen T59 und T57 von 25 konfiguriert. Folglich wird eine negative Rückkopplungsschleife in der Schaltung von 17B konfiguriert.
Der Schwingkreis von 25 zeigt eine Parallelresonanzcharakteristik, wie in 23 gezeigt, aus Gleichung 18. Die Schaltung von 25 konfiguriert einen negativen Rückkopplungsteil des invertierenden Verstärkers, so dass eine negative Rückkopplung an die Schaltung von 17B auf der Basis einer Parallelresonanzcharakteristik davon angelegt wird. Eine Beziehung zwischen den Spannungen an den Zwischenabgriffen T59 und T57 ist in ihrem Betrag ähnlich zu dem Fall von 15 umgekehrt und folglich zeigt die Schaltung von 17 eine Bandpasscharakteristik.
Als Beispiel der Schaltung von 17B wird nun ein Filter, in dem eine Frequenzcharakteristik davon durch Ändern der daran angelegten Spannungen V1 und V2 gesteuert werden kann, beschrieben. Wenn in 17A die Spannung V1 am Zwischenabgriff T52 eines negativen Rückkopplungsteils und die Spannung V2 am Zwischenabgriff T55 geändert werden, hängt eine Parallelresonanzfrequenz des negativen Rückkopplungsteils von einem Verhältnis beider Spannungen ab, wie in 26 gezeigt. Eine Durchlassbereichcharakteristik der Schaltung von 17B kann durch die angelegten Spannungen V1 und V2 gesteuert werden.
Wenn ein Operationsverstärker und eine NAND-Schaltung (eine invertierende Gatterschaltung) als invertierender Verstärker verwendet werden, ist es erforderlich, dass ein Mittel für die Stabilisierung einer Gleichvorspannung, das mit dem Erdpotential an den Zwischenabgriffen T61 und T64 verbunden ist, usw. beispielsweise mit dem Schwingkreis mit dem Verstärker, der in 28 gezeigt ist, versehen ist.
Für die Konfiguration eines Filters höherer Ordnung wird ein Verfahren von Kaskadenverbindungen mit mehreren Basisabschnitten, die in einem herkömmlichen Filter verwendet werden, verwendet. Durch Parallelschalten der Basisabschnitte (MRE und MTE) kann ein Dämpfungsgradient weit erhöht werden. In 17B werden die Dämpfungswerte von zwei Dämpfungsgliedern ATT1 und ATT2 zum Ändern der Frequenz des Filters gesteuert. Die Dämpfungsglieder können durch herkömmliche Dämpfungsglieder ersetzt werden, die einen Dämpfungswert elektrisch ändern können.
Es ist ein Bandpassfilter mit variabler Frequenz unter Verwendung des Schwingkreises gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben worden.
Da die Schärfe der Spitzenresonanz des piezoelektrischen Vibrators günstig ist, ist zu erwarten, dass ein ideales Filter realisiert wird, indem ein Schmalband-Bandpassfilter verändert wird.
Zusammenfassung
Es wird ein Resonanzkreis geschaffen, der einen piezoelektrischen Vibrator wie z. B. einen Quarzresonator, eine Spule, einen Kondensator oder ein zu ihnen äquivalentes Element in Kombination verwendet. Wenn zwei Resonanzkreise mit verschiedenen Resonanzfrequenzen kombiniert werden, ist es möglich, einen Schwingkreis und ein Filter zu konfigurieren, die die Frequenzcharakteristik unter Verwendung des Phänomens, dass durch Ändern des Erregungsstroms oder der Erregungsspannung der jeweiligen Resonanzkreise unabhängig voneinander die Parallelresonanzfrequenz des ganzen zusammengesetzten Resonanzkreises geändert werden kann, frei einstellen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 3400165 [0006, 0233]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- "Technical Handbook of Surface Acoustic Wave Device", herausgegeben vom 150. Committee an Technology of Surface Acoustic Wave Device of Japan Society for the Promotion of Science, veröffentlicht von Ohmsha, Ltd., 1991 [0006]
- "Technical Handbook of Surface Acoustic Wave Device", herausgegeben vom 150. Committee an Technology of Surface Acoustic Wave Device of Japan Society for the Promotion of Science, veröffentlicht von Ohmsha, Ltd., 2004 [0006]

Claims

Komplexer Resonanzkreis mit: mindestens zwei Resonanzelementen, die jeweils verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen; und einer elektrischen Leistungsversorgungsschaltung zum Teilen einer elektrischen Leistung in zwei Teile, um sie zu den zwei jeweiligen Resonanzelementen mit einem veränderlichen Teilungsverhältnis zu liefern.
Komplexer Resonanzkreis nach Anspruch 1, wobei die elektrische Leistungsversorgungsschaltung zwei elektrische Leistungsversorgungspfade, die jeweils mit den zwei Resonanzelementen verbunden sind, und zwei variable Dämpfungsglieder oder zwei Verstärker mit variabler Verstärkung, die jeweils innerhalb der zwei elektrischen Leistungsversorgungspfade angeordnet sind, umfasst.
Komplexer Resonanzkreis nach Anspruch 2, wobei jedes der zwei Resonanzelemente eine piezoelektrische Schwingungsvorrichtung, eine dielektrische Resonanzvorrichtung oder ein Resonanzkreis mit einem Induktivitätselement und einem Kapazitätselement ist.
Komplexer Resonanzkreis nach Anspruch 2, wobei die zwei Resonanzelemente auf separaten Substraten vorgesehen sind.
Komplexer Resonanzkreis nach Anspruch 2, wobei die zwei Resonanzelemente auf demselben Substrat vorgesehen sind.
Komplexer Resonanzkreis nach Anspruch 5, wobei jedes der zwei Resonanzelemente eine piezoelektrische Schwingungsvorrichtung ist, die piezoelektrische Schwingungsvorrichtung mindestens drei Elektrodenpaare, die auf dem Substrat ausgebildet sind, und zwei externe Verbindungsanschlusspaare umfasst, wobei jedes der zwei externen Anschlussverbindungspaare jeweils mit den zwei elektrischen Leistungsversorgungspfaden verbunden ist, und die drei Elektrodenpaare mit den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren so verbunden sind, dass zwei verschiedene Schwingungsmoden individuell an den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren erscheinen.
Komplexer Resonanzkreis nach Anspruch 5, wobei jedes der zwei Resonanzelemente eine piezoelektrische Schwingungsvorrichtung ist, die piezoelektrische Schwingungsvorrichtung mindestens vier Elektrodenpaare, die auf dem Substrat ausgebildet sind, und zwei externe Verbindungsanschlusspaare umfasst, wobei die zwei externen Verbindungsanschlusspaare jeweils mit den elektrischen Leistungsversorgungspfaden verbunden sind, und die vier Elektrodenpaare mit den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren so verbunden sind, dass nur zwei verschiedene Schwingungsmoden individuell an den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren erscheinen und eine Schwingungsmode, die die zwei verschiedenen Schwingungsmoden ausschließt, nicht an den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren erscheint.
Komplexer Resonanzkreis nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Elektrodenpaare Elektrodenpaare der hinteren bzw. der vorderen Oberfläche sind, wobei die Elektroden sowohl der hinteren als auch der vorderen Oberfläche einander gegenüberliegen, so dass sie das Substrat sandwichartig dazwischen einfügen.
Komplexer Resonanzkreis nach Anspruch 8, wobei die piezoelektrische Schwingungsvorrichtung ferner zwei negative und positive externe Elektrodenpaare umfasst, eines der Elektrodenpaare der hinteren und vorderen Oberfläche mit einem der zwei negativen und positiven externen Elektrodenpaare verbunden ist, und zwei der Elektrodenpaare der hinteren und vorderen Oberfläche mit verschiedenen Polaritäten mit dem anderen der zwei negativen und positiven externen Elektrodenpaare verbunden sind.
Komplexer Resonanzkreis nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei jedes der Elektrodenpaare im Wesentlichen parallel auf derselben Hauptoberfläche des Substrats ausgebildet ist.
Komplexer Resonanzkreis nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei jedes der Elektrodenpaare durch mindestens ein Interdigital-Elektrodenpaar konfiguriert ist.
Piezoelektrische Schwingungsvorrichtung mit: einem einzelnen piezoelektrischen Substrat; mindestens drei Elektrodenpaaren, die auf dem einzelnen piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind; und zwei externen Verbindungsanschlusspaaren, wobei die drei Elektrodenpaare mit den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren so verbunden sind, dass zwei verschiedene Schwingungsmoden individuell an den zwei externen Verbindungsanschlüssen erscheinen.
Piezoelektrische Schwingungsvorrichtung mit: einem einzelnen piezoelektrischen Substrat; mindestens vier Elektrodenpaaren, die auf dem einzelnen piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind; und zwei externen Verbindungsanschlusspaaren, wobei die vier Elektrodenpaare mit den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren so verbunden sind, dass nur zwei verschiedene Schwingungsmoden individuell an den zwei externen Anschlusspaaren erscheinen und eine Schwingungsmode, die die zwei verschiedenen Schwingungsmoden ausschließt, nicht an den zwei externen Verbindungsanschlüssen erscheint.
Piezoelektrische Schwingungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Elektrodenpaare Elektrodenpaare der hinteren und der vorderen Oberfläche sind, wobei die Elektroden sowohl der hinteren als auch der vorderen Oberfläche einander gegenüberliegen, so dass sie das Substrat sandwichartig dazwischen einfügen.
Piezoelektrische Schwingungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Piezoelektrische Schwingungsvorrichtung ferner zwei negative und positive externe Elektrodenpaare umfasst, eines der Elektrodenpaare der hinteren und vorderen Oberfläche mit einem der zwei negativen und positiven externen Elektrodenpaare verbunden ist, und zwei der Elektrodenpaare der hinteren und vorderen Oberfläche mit verschiedenen Polaritäten mit dem anderen der zwei negativen und positiven externen Elektrodenpaare verbunden sind.
Komplexer Resonanzkreis nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei jedes der Elektrodenpaare im Wesentlichen parallel auf derselben Hauptoberfläche des Substrats ausgebildet ist.
Komplexer Resonanzkreis nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei jedes der Elektrodenpaare durch mindestens ein Interdigital-Elektrodenpaar konfiguriert ist.
Schwingkreis mit: einem Verstärker; und einem Rückkopplungsteil zum Bilden eines Rückkopplungspfades, der über ein Ausgangsende des Verstärkers und ein Eingangsende des Verstärkers verbindet, wobei der Rückkopplungsteil einen positiven Rückkopplungspfad, der über das Ausgangsende und das Eingangsende verbindet, und einen negativen Rückkopplungspfad, der über das Ausgangsende und das Eingangsende verbindet, aufweist, wobei der negative Rückkopplungspfad, der vom positiven Rückkopplungspfad unabhängig ist, mindestens zwei Resonanzelemente mit verschiedenen Resonanzfrequenzen und eine elektrische Leistungsversorgungsschaltung zum Teilen einer elektrischen Leistung, die vom Ausgangsende geliefert wird, in zwei Teile aufweist, um sie jeweils zu den Resonanzelementen mit einem variablen Teilungsverhältnis zu liefern.
Schwingkreis nach Anspruch 18, wobei die elektrische Leistungsversorgungsschaltung zwei elektrische Leistungsversorgungspfade, die jeweils mit den zwei Resonanzelementen verbinden, und zwei variable Dämpfungsglieder oder zwei Verstärker mit variabler Verstärkung, die jeweils innerhalb der elektrischen Leistungsversorgungspfade angeordnet sind, umfasst.
Schwingkreis nach Anspruch 19, wobei jeder der zwei elektrischen Leistungsversorgungspfade einen ersten elektrischen Stromzweigpfad, der von einem Ausgangsende des Verstärkers mit einem Eingangsende des Verstärkers verbindet, und einen zweiten elektrischen Stromzweigpfad, der das Resonanzelement zwischen einem Mittelpunkt des ersten elektrischen Stromzweigpfades und einem Erdpotential verbindet, umfasst.
Schwingkreis nach Anspruch 20, wobei der erste elektrische Stromzweigpfad ein Induktivitätselement und ein Kapazitätselement, die über den Mittelpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Abschirmmittel zum elektrostati schen Abschirmen des Induktivitätselements, des Kapazitätselements und der zwei Resonanzelemente umfasst.
Schwingkreis nach Anspruch 20, wobei der erste elektrische Stromzweigpfad ein Induktivitätselement und ein Kapazitätselement umfasst, die über den Mittelpunkt miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Resonanzfrequenz zwischen Resonanzfrequenzen der zwei Resonanzelemente erscheint, wobei die Resonanzfrequenz von sowohl einer Kombinationskapazität einer Kapazität des Kapazitätselements und einer Parallelkapazität der Resonanzelemente als auch einer Induktivität des Induktivitätselements abgeleitet wird.
Schwingkreis nach Anspruch 18, wobei der positive Rückkopplungspfad eine Frequenzcharakteristik aufweist, und eine Resonanzfrequenz des positiven Rückkopplungspfades zwischen den höchsten und niedrigsten Resonanzfrequenzen der mindestens zwei Resonanzelemente liegt.
Schwingkreis nach Anspruch 19, wobei jedes der zwei Resonanzelemente eines von einer piezoelektrischen Schwingungsvorrichtung, einer dielektrischen Resonanzvorrichtung oder einem Resonanzkreis mit einem Induktivitätselement und einem Kapazitätselement ist.
Schwingkreis nach Anspruch 19, wobei die zwei Resonanzelemente auf separaten Substraten ausgebildet sind.
Schwingkreis nach Anspruch 19, wobei die zwei Resonanzelemente auf demselben Substrat ausgebildet sind.
Schwingkreis nach Anspruch 19, wobei jedes der zwei Resonanzelemente eine piezoelektrische Schwingungsvorrichtung ist, die piezoelektrischen Schwingungsvorrichtungen mindestens drei Elektrodenpaare, die auf dem Substrat ausgebildet sind, und zwei externe Verbindungsanschlusspaare, die jeweils mit der elektrischen Leistungsversorgungsschaltung verbunden sind, umfassen, und die drei Elektrodenpaare mit den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren so verbunden sind, dass zwei verschiedene Schwingungsmoden individuell an den zwei externen Verbindungsanschlusspaaren erscheinen.
Schwingkreis nach Anspruch 19, wobei jedes der zwei Resonanzelemente eine piezoelektrische Schwingungsvorrichtung ist, die piezoelektrische Schwingungsvorrichtung mindestens vier Elektrodenpaare, die auf dem Substrat ausgebildet sind, und zwei externe Verbindungsanschlusspaare, die jeweils mit den zwei elektrischen Leistungsversorgungspfaden verbunden sind, umfasst, und die vier Elektrodenpaare mit den externen Verbindungsanschlusspaaren so verbunden sind, dass nur zwei verschiedene Schwingungsmoden individuell an den externen Verbindungsanschlüssen erscheinen und eine Schwingungsmode, die die zwei ver schiedenen Schwingungsmoden ausschließt, an den externen Verbindungsanschlusspaaren nicht erscheint.
Schwingkreis nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei die Elektrodenpaare Elektrodenpaare der hinteren und vorderen Oberfläche sind, wobei die Elektroden sowohl der hinteren als auch der vorderen Oberfläche einander gegenüberliegen, so dass sie das Substrat sandwichartig dazwischen einfügen.
Schwingkreis nach Anspruch 29, wobei die piezoelektrische Schwingungsvorrichtung ferner zwei negative und positive externe Elektrodenpaare umfasst, eines der Elektrodenpaare der hinteren und vorderen Oberfläche mit einem der zwei negativen und positiven externen Elektrodenpaare verbunden ist, und zwei der Elektrodenpaare der hinteren und vorderen Oberfläche mit dem anderen der zwei negativen und positiven externen Elektrodenpaare verbunden sind, wobei beide Paare zueinander entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.
Schwingkreis nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei jedes der Elektrodenpaare im Wesentlichen parallel auf derselben Hauptoberfläche des Substrats ausgebildet ist.
Schwingkreis nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei jedes der Elektrodenpaare durch mindestens ein Interdigital-Elektrodenpaar konfiguriert ist.