DE1236423B

DE1236423B - Oszillator fuer Uhren

Info

Publication number: DE1236423B
Application number: DEC28441A
Authority: DE
Inventors: Georges Ceppi; Gerhard Vosseler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-01-05
Filing date: 1962-11-17
Publication date: 1967-03-09

Description

Oszillator für Uhren Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator für Uhren, der aus einer Schaltung mit wenigstens einem Transistor und mit Schwingkristallen als frequenzbestimmenden Organen besteht.
Bei der Beschreibung eines mit einer Stimmgabel als frequenzbestimmendem Organ arbeitenden Uhrenoszillators wird als mögliche Alternative bereits die Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls an Stelle einer Stimmgabel als mechanischer Schwinger erwähnt. Diese bekannte Oszillatorschaltung arbeitet mit einem RC-Glied im Basiskreis des Transistors, wobei dieses RC-Glied, wie der ausführlichen Beschreibung der Stimmgabeluhr zu entnehmen ist, dazu dient, den Transistor während des größten Teils der Schwingungsperiode der Stimmgabel zu sperren, um nur jeweils einen kurzen Antriebsimpuls auszublenden. Das RC-Glied, das also die Aufgabe einer zusätzlichen Vorspannungserzeugung hat, ist für die praktische Anwendung dieser bekannten Oszillatorschaltung erforderlich, um die Stimmgabelamplitude in den notwendigen Grenzen und die Stromaufnahme aus der Batterie zur Erzielung einer langen Batterielebensdauer hinreichend klein zu halten.
Zur Erzeugung elektrischer Schwingungen ist es ferner bekannt, an den Stirnseiten eines schwingungsfähigen Stabes zwei piezoelektrische Kristalle vorzusehen, die dazu dienen, einerseits diesen Stab bei Erregung des einen Kristalls auf Grund des elektrostriktiven Effekts mechanisch in Schwingungen zu versetzen und andererseits diese mechanische Schwingung auf der gegenüberliegenden Seite durch den reziproken Effekt über den anderen Kristall wieder in elektrische Schwingungen zu verwandeln. Bei diesem bekannten Oszillator wird das frequenzbestimmende Element durch den schwingungsfähigen Stab gebildet, dessen Länge zu diesem Zweck ein ganzzahliges Vielfaches der Halbwellenlänge der zu erzeugenden elektrischen Wellenlänge betragen muß. Darüber hinaus arbeitet auch diese bekannte Oszillatorschaltung mit abgestimmten LC-Kreisen sowohl im Steuer- als auch im Ausgangskreis einer Röhre.
Bei einem weiteren elektromechanischen Oszillator wird ebenfalls als frequenzbestimmendes Element ein Stab aus einem elastischen Material verwendet, der aus Herstellungsgründen für günstiger als ein piezoelektrischer Kristall betrachtet wird. Dieser Stab arbeitet an beiden Stirnseiten mit je einem Kondensator zusammen, dessen eine Belegung von der Stirnseite des Stabes selber gebildet wird. Der eine Kondensator liegt im Gitterkreis einer Röhre, während der andere Kondensator über einen induktiven übertrager mit dem Ausgangskreis der Röhre gekoppelt ist. In ähnlicher Weise arbeitet ein anderer elektromechanischer Oszillator, bei welchem von einem aus einem nichtpiezoelektrischen Material bestehenden Kopplungsstab Gebrauch gemacht wird, welcher kapazitiv erregbar ist. Als zusätzliche weitere frequenzbestimmende Elemente erfordert diese bekannte Oszillatorschaltung .einen LC-Schwingkreis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator des eingangs erwähnten Typs zu schaffen, der einfacher und raumsparender als die bekannten, mit Schwingkristallen arbeitenden Oszillatoren und auch als die üblichen quargesteuerien Oszillatorschaltungen aufgebaut ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Oszillator nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrische Schwingkristalle mechanisch-akustisch miteinander gekoppelt sind, deren einer im Eingangskreis, deren anderer im Ausgangskreis des Transistors liegt, und welche unter Ausschluß von zusätzlichen Vorspannungserzeugern, z. B. RC-Gliedern im Eingangskreis, ausschließlich die frequenzbestimmenden Elemente der Schwingschaltung bilden.
Ein derartiger Oszillator gemäß der Erfindung zeichnet sich außer durch seinen denkbar einfachen Aufbau und durch seine kleine Abmessung, die ihn besonders als Zeitbasis in Kleinuhren geeignet macht, außerdem durch eine nur sehr geringe Stromaufnahme, die bei einigen Mikroampere liegt, sowie durch eine überraschende Uriempfindlichkeit gegenüberSchwankungen derBatteriespeisespannungaus,die von ihrem Nennwert um einige zehntel Volt absinken kann, ohne daß dadurch die Betriebsfrequenz des Oszillators verändert würde. Außerdem bietet sich die Möglichkeit einer einfachen Frequenzeinstellung bzw. Frequenzänderung dadurch, daß man die Einspannstelle der Schwingkristalle, ohne die Kristalle selber durch mechanische Bearbeitung modifizieren zu müssen, verändert.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen einer Schaltung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 das schematische Schaltbild einer ersten Ausführungsform und F i g. 2 eine Variante dieser Ausführungsform. Der auf F i g. 1 dargestellte Oszillator weist zwei Schwingkristalle 1 und 2, einen Transistor 3 und eine Stromquelle 4 auf. Der im Basiskreis des Transistors 3 liegende Schwingkristall l bildet das Steuerelement, während der im Kollektorkreis des Transistors 3 liegende Schwingkristall 2 das Antriebselement, bildet. Wie durch den Doppelpfeil angedeutet, sind beide Schwingkristalle 1 und 2 mechanisch-akustisch derart miteinander gekoppelt, daß sich die Schwingungen des einen Kristalls ohne Störung und wesentliche Schwächung direkt auf den anderen Kristall übertragen können, so daß also dieser Oszillator mit einer rein mechanisch-akustischen Rückkopplung arbeitet. Zu diesem Zwecke sind die beiden Schwingkristalle hinreichend dicht nebeneinander in einer nicht dargestellten Fassung montiert. Beide Schwingkristalle besitzen eine gemeinsame Resonanzfrequenz, auf die sich die Schwingungen im stationären Zustand einstellen; wodurch ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird.
Beim Anlegen der Speisespannung wird durch den auftretenden Str-ömimpuls auf Grund des elektrostriktiven Effekts eine kleine Auslenkung der Kristalle erzeugt, wobei die Auslenkung des Schwingkristalls 1 im . Basiskreis des Transistors 3 infolge des piezoelektrischen Effekts einen den Transistor 3 in den leitenden Zustand schaltenden Stromimpuls zur Folge hat. Der so erzeugte Kollektorstromimpuls beaufschlagt den Schwingkristall 2, der auf diese Weise infolge der beschriebenen Rückkopplung nunmehr periodisch erregt wird.
Wie auf F i g. 1 angedeutet, kann es unter Umständen zweckmäßig sein, die beiden Elektroden des Schwingkristalls 2 durch eine geeignete Impedanz im Nebenschluß zu überbrücken. In der Ausführungsvariante nach F i g. 2 ist der Ausgangskreis des Transistors 3 über einen kleinen Transformator 4 a, der die Funktion einer Drossel hat, mit dem Stromkreis des Schwingkristalls 2 gekoppelt.
Es hat sich gezeigt, daß der Oszillator nach der Erfindung praktisch völlig unempfindlich gegenüber veränderlichen Lagen der Uhr und auch gegenüber Temperaturschwankungen und Alterungserscheinungen ist. Mit dem Fortfall von besonderen, vorspannungserzeugenden Elementen entfallen auch die diesen Elementen im allgemeinen anhaftenden Fehlerquellen. Es lassen sich ferner Schwingkristalle sehr kleiner Abmessungen verwenden. Zum direkten Antrieb des ersten Rades eines Zeigerwerks kann am Schwingkristall 2 ein feines stiftförmiges Übertragungsglied befestigt werden,. dessen freies Ende auf das erste Rad wirkt. -Die -Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern das erfindungsgemäße Prinzip der direkten akustisch-mechanischen Kopplung von Steuer- und Antriebsschwinakristall läßt sich auch auf andere bekannte Oszillatorschaltungen, die gegebenenfalls mit bekannten Verstärkerschaltungen kombiniert werden können, anwenden.

Claims

Patentanspruch: Oszillator für Uhren,- bestehend aus einer Schaltung mit wenigstens einem Transistor und mit Schwingkristallen als frequenzbestimmenden Organen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrische Schwingkristalle mechanisch-akustisch miteinander gekoppelt sind, deren einer im Eingangskreis, deren anderer im Ausgangskreis des Transistors liegt, und welche unter Ausschluß von zusätzlichen Vorspannungserzeugern,- z. B. RC-Gliedern im Eingangskreis, ausschließlich die frequenzbestimmenden Elemente der Schwingschaltung bilden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 921948, 966 290; schweizerische Patentschriften Nr. 312 290, 331584, 353 311; französische Patentschriften Nr. 1003 268, 1102.373.; britische Patentschriften Nr. 334 765, 375 568; USA.-Patentschriften Nr. 1921501, 1941445, 2247960.