DE1416447A1

DE1416447A1 - Frequenzselektiver Verstaerker

Info

Publication number: DE1416447A1
Application number: DE19611416447
Authority: DE
Inventors: Carol Kolm; Fowler Peter H Watertown
Original assignee: Sonus Corp
Current assignee: Sonus Corp
Priority date: 1960-12-12
Filing date: 1961-12-12
Publication date: 1969-04-30
Also published as: GB1010764A; US3174122A; FR1307476A

Description

DH. ING. V. WUESXHOI¹F 1 / 1 R / / 7 DIPX. ING. G. PULS I *t I U «I H/ MÜNCHEN 9 DR. B. v, PECHMANN ,schwbigersthasse 8 TBLBaRAUIfAI)BBe SB Ϊ

X München

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Beschreibung zu der Patentanmeldung

U.S.- SOKIOS CORPORATION, Cambridge 4-2, Massachusetts, U.S.A.

betreffend
Freauenzselektiver Terstärker.

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten frequenzselektiven mehrstufigen Verstärker-sowie auf ein neuartiges piezoelektrisches Stufenverbindungs- bzw. Kopplungselement, das an den Eingang oder Ausgang einer Yerstärkerstufe angeschlossen werden kann, um das Ansprechen des Verstärkers auf Frequenzen zu beeinflussen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Schmalbandverstärker, bei dem als Kopplungselement zwei piezoelektrische Übertrager verwendet werden, die aufeinandergeschichtet sind und ein einheitliches Aggregat bilden.

Wichtige praktische Anwendungsmöglichkeiten für frequenz-* selektive Verstärker ergeben sich bei den Zwischenfrequenzteilen von Radioempfängern. Die 'iFrequenzabhängigkeit bzw. -wiedergab solcher Empfänger teile wird im allgemeinen mit Hilfe von in bekannter YiTeise ausgebildeten abgestimmten Iransformatoren begrenzt, die man als Stufenkopplungselemente verwendet. Bei nach Massenfertigungsverfahren hergestellten Empfängern tragen diese

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Transformatoren in einem erheblichen Ausmaß zu den Kosten bei· Tatsächlich handelt es sich bei dem Zwischenfrequenztransfor- · mator um einen der teuersten Bestandteile des ganzen Empfängers. Eine weitere Schwierigkeit, die sich bei solchen Transformatoren ergibt, besteht in der Größe ihrer Abmessungen, durch die die Möglichkeiten zur Miniaturisation eingeschränkt werden.

Es wurden bereits Versuche unternommen, piezoelektrische Elemente zum Koppeln der Stufen eines selektiven Verstärkers zu benutzen« Bei einem derartigen Element verwandelt ein Eingangsübertrager das elektrische Ausgangssignal einer Stufe in ein akustisches Signal, das einem Ausgangsübertrager zugeführt wird, letzterer verwandelt die akustische Energie in ein elektrisches Signal zurück, das dem Eingang der nächsten Stufe zugeführt wird. Eine schon früher vorgeschlagene Vorrichtung dieser Art umfaßt eine einzige piezoelektrische Scheibe aus keramischem Material mit einer gemeinsamen Elektrode auf einer Fläche sowie Eingangsund Ausgangselektroden auf der gegenüberliegenden Fläche. Das Eingangssignal wird an die Eingangselektrode und die gemeinsame Elektrode angelegt, während das Ausgangssignal der Ausgangselektrode und der gemeinsamen Elektrode entnommen wird. Diese Konstruktion hat sich nicht eingeführt, und zwar in erster Linie deshalb, weil es schwierig ist, sie unter ausreichender Beherrschung der Frequenzcharakteristiken herzustellen, insbesondere, wenn man auch Alterungserscheinungen berücksichtigt,, Diese. Schwierigkeit beruht zu einem großen Teil auf der Tatsache, daß zusätzlich zur akustischen Kopplung zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil ein elektrischer Durchsatz stattfindet, der auf die Kapazität zwischen den Eingangs- und Ausgangselektroden

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zurückzuführen ist«

Im Verlauf eines Versuchs, diese Schwierigkeit zu "beseitigen, wurde eine Konstruktion entwickelt, bei der getrennte piezoelektrische Scheiben, die die Aufgabe von Eingangs- und Ausgangsübertragern erfüllen, durch einen dazwischen liegenden Schaft aus keramischem Material miteinander verbunden sind. Dieses Bauteil, das einer Achse mit zwei daran befestigten Rädern ähnelt, läßt sich jedoch nur mit hohen Kosten herstellen· Außerdem werden diese Bauteile bei der Verarbeitung leicht beschädigt, und ihre Zerbrechlichkeit schränkt auch ihre Verwendung in Kofferempfängern und dergleichen ein, die erheblichen mechanischen Stoßbeanspruchungen ausgesetzt sind.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht nunmehr darin, einen verbesserten frequenzselektiven Verstärker vorzusehen, der ein relativ geringes Gewicht besitzt, sich mit geringen Kosten herstellen läßt und wenig Raum in Anspruch nimmt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verstärkers der genannten Art, welcher zur Verwendung als Zwischenfrequenzverstärker bei Radioempfängern, insbesondere bei im Rundfunkwellenbereich arbeitenden Empfängern, geeignet ist.

Ferner sieht die Erfindung einen Verstärker der erwähnten Art vor, der erheblichen mechanischen Stoßbeanspruchungen standhält, ohne daß seine Betriebscharakteristiken beeinflußt werden,,

\7eiterhin sieht die Erfindung ein verbessertes frequenzempfirxälic>:es Kopplungselement für einen Zwischenfrequenzteil ir.it Xi.. weiter oben angegebenen Eigenschaften vor.

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Bin weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kopplungselements der genannten Art, das sich mit geringen .· Kosten bei gleichzeitig guter Kontrolle der Frequenzcharakteristilcen herstellen läßt·

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig· 1 zeigt sohematisoh eine Schaltung mit den erfindungs-. gemäßen Merkmalen unter Einschluß eines im Schnitt gezeichneten piezoelektrischen Kopplungselements.

Fig. 2 ist eine Stirnansicht des Kopplungselements nach Fig. 1 und läßt die Elektrodenanordnung auf dem Ausgangsübertrager erkennen·

Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Kopplungselement, das sich bei der Schaltung nach Fig. 1 verwenden läßt.

Fig. 4 ist ein Fig. 1 ähnelnder Schnitt durch eine weitere Ausbildungsform eines Kopplungselements nach der Erfindung«,

Fig· 5 veranschaulicht schematisch eine erfindungsgemäße Zwisohenfrequenzstufe.

Allgemein gesprochen wird bei dem erfindungsgemäßen Verstärker als Stufenkopplungselement ein Paar von piezoelektrischen Übertragern aus keramischem Material verwendet, die flach aufeinander liegend miteinander vereinigt sind. Auf den Außenflächen der Übertrager befinden sich Elektroden, und eine gernein-

■ same Elektrode ist zwischen den beiden Innenflächen angeordnet.

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Das Eingangssignal wird zwischen der gemeinsamen Elektrode und einer der Außenelektroden angelegt, während das Ausgangssignal zwischen der gemeinsamen Elektrode und der anderen Außenelektrode erscheint. Das Aggregat läßt sich unter Anwendung bekannter Verfahren auf relativ einfache Weise herstellen, und zu den weiteren wichtigen Vorteilen der Erfindung rechnen die Leichtigkeit, mit der die Irequenzcharakteristiken beeinflußt werden können, der hohe Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite, die kleinen Abmessungen und die außerordentliche Robustheit der Konstruktion.

Gemäß "Pig· 1 umfaßt eine die Merkmale der Erfindung aufweisende frequenzselektiv« Schaltung ein insgesamt mit 10 bezeioh- ■"" netes Kupplungselement, das Energie von einer Energiequelle 12 einem durch einen Widerstand R- angedeuteten Verbraucher zuführt· Die Energiequelle besitzt einen sohematisch als Widerstand R_s dargestellten inneren Widerstand* Bei dem Kopplungselement 10 handelt es sich um eine piezoelektrische Vorrichtung, die polarisierte keramische Übertrager 14 und 16 umfaßt, welche durch < einen gemeinsamen leiter 18 miteinander verbunden sind, dessen Zuleitung 18a als gemeinsame Klemme dient* Auf den Außenflächen 14a und 16a der Übertrager sind Eingangselektroden 20 und Ausgangselektroden 22 ausgebildet, und weitere Elektroden 23 und

a, 24 überdecken die Innenflächen 14b und 16b· ο

CO ,

oo ienauer gesagt kann es sieh bei den Elektroden 20 bis 24-SJ um Silberelektroden bekannter Art handeln, die dadurch herge« _> stellt sind, daß die Flächen der Übertrager 14 und 16 mit einer -* organischen Silbersuspension überzogen worden.sind* Die Übertrager werden nach dem Aufbringen der Suspension erhitzt, um das crgani-

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sehe Material wegzubrennen und daa Silber zum Schmelzen zu bringen, so daß das Silber an den Übertragerflächen festhaftende dünne Filme bildet· Der Leiter 18 besteht vorzugsweise aus einer dünnen Metallfolie, die mit den Elektroden 23 und 24 durch dünne Filme 25 und 26 aus einem geeigneten Kitt, z.B. aus einem erhärtenden Epoxyharz, miteinander verbunden sind, wobei diese Filme akustische Energie bei minimalen Verlusten übertragen können. Bevor das Harz erhärtet, werden die Übertrager 14 und 16 fest miteinander verspannt, um das überschüssige Harz herauszudrücken. Durch das Einspannen wird ferner der leiter 18 durch die kleinen Yorsprünge, die bei diesen Teilen in jedem Falle vorhanden sind, in Berührung mit den Elektroden 23 und 24 gebracht ·

Die Gesamtdieke des die Übertrager zusammenhaltenden Verbindungssystems kann etwa 0,005 mm oder noch weniger betragen. Der Abstand zwischen den Übertragern soll einem kleinen Bruchteil einer akustischen Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz entsprechen, um zu verhindern, daß Reflexionserscheinungen in dem Verbindungssystem die Frequenztreue des Kopplungselements 10 bemerkbar beeinflussen. Vorzugsweise werden die ganzen einander zugewandten Flächen der Übertrager miteinander verbunden, um eine möglichst starke akustische Kopplung zwischen ihnen herbeizuführen· Auch soll sich der Leiter 18 im wesentlichen durch den gesamten Verbindungsbereich erstrecken, jedoch mit Ausnahme einer kleinen Kittfüllung, die zur hermetischen Abdichtung dient. Auf diese Weise werden störende Reflexionen, die auf Unterschiede bezüglich des akustischen Widerstandes ±n der Verbindungszone aurüokzufuhren sind, auf ein Mindestmaß verringert. Der Kontakt

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zwischen dem Leiter 18 und den ihm benachbarten Elektroden kann dad.urch verstärkt werden, daß man dem Harz Silberteilchen beimischt, um es elektrisch leitend zu machen· In den meisten Anwendungsfällen wird man die Übertrager gemäß Figo 2 als kreisrunde Scheiben ausbilden.

Wenn die Übertrager 14 und 16 in der Achsrichtung polarisiert sind, kann das Kopplungselement 10 in jeder der beiden GrundSchwingungsarten sowie in Harmonischen derselben Resonanzschwingungen ausführen, sobald das Element zwischen den Elektroden 18 und 20 erregt wird. Bei diesen G-rundschwingungsarten handelt es sich um Schwingungen in der Achs- oder Dickenrichtung sowie um solche in der Quer- oder Radialriohtung. Diese Resonanzerscheihungen, die man als innere Resonanz bezeichnen kann, entsprechen . der maximalen Schwingungsamplitude des Elements 10 bei einer bestimmten Spannung der Energiequelle 12, Jede innere Resonanz setzt sich aus einer mechanischen Resonanz und einer elektrischen Resonanz zusammen, zwischen denen ein geringer Frequenzabstand vorhanden ist. Bei der elektrischen Resonanz ist der von dem Übertrager 14 durchgelassene Wechselstrom bei einer bestimmten Spannung ein Maximum, und bei der mechanischen Resonanz ist die akustische Ausgangsleistung bei gegebener Stromstärke ein Maximum. Zwischen diesen beiden Resonanzzuständen liegt eine Frequenz, bei der eine bestimmte Spannung ein maximales akustisches Ausgangssignal liefert· Dies ist die Frequenz der inneren Resonanz. Es sei bemerkt, daß keine direkte Beziehung zwischen der elektrischen Resonanz und der Kapazität zwischen den Elektroden 18 und 20 besteht.

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Bei axialer Polarisation bewirkt die zwischen den Elektroden 20 und 18 auftretende Wechselspannung, daß sich der Über-• trager 14 axial ausdehnt und zusammenzieht. Es liegt auf der Hand, daß es unter Berücksichtigung der inneren ^reziproken Steifigkeit und der Masse des Aggregats eine Dicken-Resonanzschwinfeungsart in dieser Richtung gibt. Die radiale Schwingungsart ergibt sich aus der Tatsache, daß sich der Übertrager 14 dann, wenn er sich axial ausdehnt und zusammenzieht, auch entsprechend der Poisson¹sehen Zahl in radialer Richtung zusammenzieht und ausdehnt. Dieser Effekt tritt in einem maximalen Ausmaß bei einer Frequenz auf, die sich im allgemeinen von derjenigen der Resonanzschwingung in der Dickenrichtung unterscheidet. Genauer gesagt, richtet sich die Frequenz der Dickenresonanzschwingung bei gegebenem Material nach der Dicke, während die Frequenz der radialen Resonanzschwingungen vom Durchmesser abhängt. Das Kopplungselement kann· auch im Sinne von Scherbeanspruchungssohwingungen betrieben werden; in diesem Falle werden die Übertrager 14 und 16 bei der Elektrodenform.nach Fig. 1 in der Querrichtung polarisiert.

Die bei der elektrischen Erregung des Übertragers 14 erzeugten Schwingungen werden auf den Übertrager 16 übertragen, wo sie zum Erscheinen einer Ausgangsspannung zwischen den Elektroden 22 und 18 führen. Die Ausgangsspannung ist eine Funktion der Sohwingungsamplitude, und sie ist daher bei den Resonanzfrequenzen des Kopplungselements 10 ein Maximum. Daher arbeitet das Kopplungselement wie ein abgestimmter Filter zwischen der Spannungsquelle 12 und dem Belastungswiderstand R-.

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Man kann die Frequenztreue einer mit dem erfindungsgemäßen Kopplungselement arbeitenden Schaltung auf verschiedene Weise "formen". Beispielsweise kann man die Resonanzfrequenzen mehrerer das Signal nacheinander verarbeitender Kopplungselemente auf beliebige gewünschte Weise staffeln, wie es bei den üblichen abgestimmten Transformatoren geschieht.

Eine weitere Möglichkeit, die Frequenztreue zu formen, besteht darin, die Kopplungselemente verjüngt auszubilden. Beispielsweise kann man beim Betrieb mit Schwingungen in der Dickenrichtung die Dicke des Übertragers 14 kontinuierlich von einem Punkt zum nächsten Punkt variieren, so daß eine Resonanz innerhalb eines Frequenzbandes auftritt» Alternativ kann man die Dicke schrittweise abstufen; in diesem Falle erhält man mehrere getrennte, einander eng benachbarte Resonanzfrequenzen,, Wenn mit der Schwingungsart in radialer Richtung gearbeitet wird, besteht eine einfache Möglichkeit, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, darin, daß man den Übertragern in der Querrichtung anstelle einer kreisrunden Form eine ovale Form gibt.

Es wurde festgestellt, daß dem Kopplungselement 10 bei Resonanz dann die maximale Energie zugeführt wird, wenn der Eingangswiderstand des Kopplungselements dem inneren Widerstand Ro der Spannungsquelle angepaßt ist. Der Eingangswiderstand;ist eine Funktion der Kapazität zwischen den Elektroden 20 und 18, und er kann daher durch Variieren des Radius des Übertragers 14 geändert werden. Jedoch sind die Möglichkeiten zur Änderung des Eingangswiderstandes nach diesem Verfahren begrenzte Bei Rundfunkempfängern soll die Resonanz der Schwingungen in der

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Diokenriclitung der Resonanz bei Schwingungen in radialer Richtung frequenzmäßig nicht nahe benachbart sein» Anderenfalls ergeben sich Störungen durch unerwünschte Signale. Diese Erscheinung läßt sich vermeiden, wenn der Durchmesser jedes Übertragers mindestens zehnmal so groß ist wie seine Dicke» Wenn diese Beschränkung eine Herabsetzung des Durchmessers zur Anpassung des Eingangswiderstandes an den inneren Widerstand der Spannungsquelle unmöglich macht, kann man zum Zwecke der Anpassung der Widerstände die Fläche der Elektrode 20 verkleinern. Die Elektrode 20 soll dann auf der Fläche 14a des Übertragers 14 zentriert sein, denn die Umwandlung elektrischer Energie in akustische Energie erfolgt im mittleren Teil des Übertragers mit höherem Wirkungsgrad als an der Außenseite.

Andererseits bedingt eine maximale Energieübertragung zu dem Belastungswiderstand R-j- keine Angleichung der Widerstände, Vielmehr soll der Ausgangswiderstand des Kopplungselements 10 erheblich größer sein als der Widerstand R_T. Dies läßt sich aus der Tatsaohe erklären, daß der Ausgangswiderstand in umgekehrter Beziehung zur Kapazität zwischen den Elektroden 22 und 18 steht. Die längs eines piezoelektrischen Übertragers auftretende Ladung ist der Kraft proportional und von der Kapazität unabhängig. Wenn die Kapazität klein ist, was einem hohen Ausgangswiderstand entspricht, wird die Spannung bei gegebener ladung höher sein. Es erfolgt eine entsprechende Verstärkung des durch den Verbrauoher fließenden Stroms und eine Vergrößerung der dem Verbraucher zugeführten Energiemenge.

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Nimmt man an, daß die Elektrode 22 die gesamte Stirnfläche 16a des Übertragers 16 bedeckt, kann man die Kapazität zwischen den Elektroden 22 und 18 dadurch auf ein Mindestmaß verkleinern, daß man den Durchmesser verringert oder die Dicke des Übertragers 16 vergrößert, was sich jeweils danach-richtet, ob mit Resonanzschwingungen in der Dickenrichtung oder in radialer Richtung gearbeitet wird. Wie schon erwähnt, besteht eine praktische Grenze für das Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Dicke, und hieraus ergibt sich eine Obergrenze für den Belastungswiderstand bei wirtschaftlicher Benutzung des Kopplungselements 10, wenn der Ausgangswiderstand nur auf diese Weise geändert werden soll. Außerdem ist die Herstellung des Kopplungselements einfacher wenn der Übertrager 14 die gleichen Querabmessungen hat wie der Übertrager 16, d.h. wenn die beiden Übertrager kongroent sind.

Jedoch kann man die Kapazität zwischen den Elektroden 22 und 18 auch dadurch verringern, daß man den von der Elektrode 22 bedeckten Teil der Stirnfläche 16a verkleinert. Wenn die Verkleinerung auf bestimmte Weise erfolgt, ergibt sich im wesentlichen keine Änderung der längs des Übertragers 16 auftretenden Ladung. Eine Ilöglichkeit, die Elektroden herzustellen, besteht darin, sie in Form eines die ganze Fläche 16a überdeckenden Gitter.s auszubilden. Dieses Gitter wirkt piezoelektrisch als lückenloser Film, während es bezüglich der Kapazität als offenes Gitter wirkt. Sin bevorzugtes Verfahren besteht darin, die Elektrode 22 als Ring auszubilden, der sich über die äußeren Teile der Fläche 16a erstreckt, wie es in Figo 1 und 2 gezeigt ist. Nimmt man an, daß axiale Schwingungen auftreten, ist die Schwingungsamplitude und daher auch die Schwingungskraft in den äußeren Teilen des

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Übertragers 16 erheblich größer als in den mittleren Teilen« Daher wird der größte Teil der Ladung in den äußeren Teilen ent-, wickelt, und durch das Fortlassen des mittleren Teils der Elektrode 22 geht nur ein geringer Anteil der Ladung verloren.

Um ein Beispiel zu geben, sei erwähnt, daß eine nach den vorstehenden Gesichtspunkten arbeitende Schaltung eine Spannungsquelle mit einem inneren Widerstand von 2200 Ohm und einen Belastungswiderstand von 600 Ohm umfassen kann· Für einen Durchlaßbereich bei 465 kHz und beim Betrieb mit Resonanzschwingungen in der Dickenrichtung kann das Kopplungselement 10 zwei Übertrager mit einer Dicke von je etwa 0,65 mm und einem Durchmesser von etwa 5»3 mm umfassen, wenn ein Übertragermaterial mit einer Dielektrizitätskonstante von 1200 und einem Gütefaktor Q « 350 verwendet wird. Beim Betrieb mit Schwingungen in radialer Richtung und einer 30-prozentigen Kopplung zwischen den äußeren elektrischen und den inneren mechanischen Systemen besitzt das Kopplungaelement einen Eingangswiderstand von 2200.0hm bei voller Elektrodengröße, so daß eine Anpassung an den inneren Y/iderstand der Spannungsquelle gegeben ist. Der Ausgangswiderstand beträgt ebenfalls 2200 0hm, and er ist daher in einem genügenden Ausmaß größer als der Belastungswiderstand, so daß sich eine nahezu optimale Energieübertragung zum Verbraucher erzielen läßt. Das

^₀ Kopplungselement wird vorzugsweise durch die daran befestigten

J₀ Zuleitungen unterstützt, um äußere Einflüsse auf die sich darin

-»· abspielenden Schwingungen möglichst weitgehend auszuschalten. oo

° . Ein wichtiger Vorteil der erwähnten Schaltung ergibt sich _i daraus, daß kein elektrischer Durchsatz vom Eingang des Kopplungselements 10 zu dessen Ausgang erfolgt. Der gemeinsame Leiter

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18 schirmt die Elektroden 20 und 22 gegeneinander ab. Somit kann man die Flächeninhalte der Elektroden 20 und 22 in der beschriebenen Weise variieren, ohne daß die Kopplung zwisohen dem Eingang und dem Ausgang beeinflußt wird. Dies führt zu einer erheblichen Vereinfachung der konstruktiven Probleme, und die Herstellung wird ebenfalls vereinfacht. Infolgedessen und wegen der Einfachheit der Konstruktion läßt sich das Kupplungselement mit sehr geringen Kosten herstellen. Jedenfalls liegen die Herstellungskosten erheblich niedriger als diejenigen eines abgestimmten Zwischenfreq.uenztransf ormators von bekannter Konstruktion. Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad des Kopplungselements erheblich größer als derjenige der bis jetzt üblichen Transformatoren, und gegebenenfalls kann man den effektiven Gütefaktor Q erheblich größer machen als denjenigen der bis jetzt gebräuchlichen abgestimmten Schaltungen. Weiterhin kann man ein Kopplungselement für 465 kHZi mit einem Gesamtvolumen von etwa 0,0125 onr herstellen, d.h. mit einem Volumen, das einem Hundertstel des Volumens eines bekannten Zwischenfrequenztransformators der Miniaturbauart entspricht.

Eine weitere brauchbare Übertragerkonstruktion ist in Pig. 3 gezeigt, wo zwei Drähte 28 beide Elektroden 23 und 24 berühren, während eine Kittschicht 30, die z.B. aus Epoxyh'arz

•o besteht, den Raum zwischen den Drähten ausfüllt, um die Konstruko

^ tion zusammenzuhalten. Der Drahtdurchmesser ist aus Gründen der co Deutlichkeit in übertriebenem Maßstab wiedergegeben; tatsächlich ο sollen die Drähte einen sehr kleinen Durchmesser von z.B. etwa ^ 0,075 mm besitzen, um die schon erwähnten, auf innere Reflexion zurückzuführenden SghwieoriÄkei'ten möglichst weitgehend zu vermeiden.

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In Fig· 4 erkennt man zwei Übertrager H und 16, bei denen die auf den Innenflächen vorgesehenen Elektroden ähnlich ausgebildet sind wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig· 1» An die Elektroden sind Zuleitungen 32a und 34a angelötet, und das Aggregat wird durch einen Kittfilm 36 zusammengehalten, der genügend dick ist, um die Elektroden 23 und 24 voneinander zu trennen. Die Zuleitungen 32 und 34 können miteinander verbunden sein, so daß die Elektroden 32 und 34 als eine einzige Elektrode wirken. Bei manchen Schaltungen kann es dagegen erwünscht sein, eine gewisse elektrische Isolierung zwischen den Elektroden 23 und 24 vorzusehen; in diesem Falle verbindet man die leitungen und 34 nicht miteinander·

Gemäß Fig. 4 kann ein abgeglichener Ausgang einer Energiequelle 12a an die Elektroden 20 und 23 angeschlossen werden. Das Ausgangssignal wird den Elektroden 22 und 24 entnommen, und ein Kondensator C gleicht die Kapazität zwischen den Elektroden 23 und 24 aus» Bs sei bemerkt, daß auch bei der Anordnung nach Figo 4 kein kapazitiver Durchsatz von Eingang zum Ausgang erfolgte

Fig. 5 zeigt schematisch die Schaltung eines erfindungsgemäßen zweistufigen Zwisohenfrequenzverstärkers, der ein äingangskopplungselement 38 der vorstehend beschriebenen Art umfaßt, ferner eine insgesamt mit 40 bezeichnete erste Verstärkerstufe, !? ein zweites Kopplungselement £2, eine insgesamt mi± 44 bezeichneo, te zweite Verstärkerstufe und ein Ausgangskopplungselement 46. öd Die Verstärkerstufen 40 und 44 können in der gleichen Weise ° geschaltet sein und Transistoren 48 mit je einem Emitter, einer _,, Basis und einom Kollektor umfassen. Die Kollektorspannung wird einer bei 50 als Batterie angedeuteten Spannungsquelle über

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Belastungswiderstände R1 entnommen. Die mit der Batterie 50 über die Erdleitung verbundenen Emitterwiderstände R2 sind durch Kondensatoren 01 überbrückt.

Die Basis jedes Transistors 48 ist über einen Widerstand R3 geerdet, und der Vorspannström zwischen Basis und Emitter wird über Widerstände R 4 zugeführt, die jeweils zwischen der Basis und der Batterie 50 liegen. Das Kopplungselement 38 liegt zwischen einer Eingangsklemme 52 und der Transistorbasis der Verstärkerstufe 40, während das Kopplungselement 42 zwischen dem Kollektor des Transistors der ersten Stufe und der Basis des Transistors der zweiten Stufe sowie einer Ausgangsklemme 54 liegt, Eine zweite Eingangsklemme 56 und eine zweite Ausgangsklemme 58 sind geerdet. Bei den Transistoren 48 kann es sich um solche des Typs 2N373 handeln, und die verschiedenen erwähnten Schaltungselemente haben die folgenden elektrischen Werte:

R1	3900 0hm
R2	1000 0hm
R3	2000 0hm
R4	15000 0hm
01	0,01 Mikrofarad

Der Übertrager nach Pig. 3 kann mit einem Siberdraht versehen sein, dessen Durchmesser etwa 0,075 mm beträgt, und der in den Epoxyharzkitt zwischen den Übertragern eingebettet ist* Beide Übertrager sind auf ihren beiden ebenen Flächen lückenlos versilbert. Sie haben die weiter oben angegebenen Charakteristiken.

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Bei Verwendung von Schaltungselementen mit den vorstehend genannten elektrischen Werten haben die Übertrager, wie schon erwähnt, Eingangs- und Ausgangswiderstände von 2200 Ohm und die Eingangs- und Ausgangswiderstände der Verstärkerstufen 40 und betragen 600 bzwo 2200 0hm. Der Spannungsgewinn zwisohen der Klemme 52 und dem Kollektor des Transistors der ersten Stufe beträgt 7» und der gleiche Spannungsgewinn wird zwischen dem erwähnten Kollektor und dem Kollektor des Transistors der zweiten Stufe erzielte Die Bandbreite des Verstärkers beträgt bei 6 db 12 kHz, wenn die Kopplungselemente 38, 42 und 46 auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind. Mit Hilfe der weiter oben behandelten Verfahren läßt sich die Bandbreite vergrößern.

Man erkennt somit, daß die einleitend erwähnten .Ziele der Erfindung erreicht werden, und es sei bemerkt, daß man bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

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Patentansprüche:

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrische Schaltung, gekennzeichnet durch eine elektrische Energiequelle, einen Energieverbraucher, sowie ein zwischen der Energiequelle und dem Energieverbraucher angeordnetes Kopplungselement, das einen ersten und einen zweiten scheibenähnlichen piezoelektrischen Übertrager umfaßt, wobei die Übertrager erste Flächen besitzen, die durch ein dazwischen angeordnetes leitfähiges Material miteinander verbunden sind, ferner auf den anderen Flächen der Übertrager angeordnete Elektroden, Mittel, um das leitfähige Material und eine der Elektroden mit der Energiequelle zu verbinden, sowie Mittel, um das leitfähige Material und die andere Elektrode mit dem Energieverbraucher zu verbinden·

2e Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand des Kopplungselements zwischen dem erwähnten Material und der anderen Elektrode erheblich größer ist als der Widerstand des Energieverbrauchers«

3ο Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand des Kopplungselements zwischen dem leitfähigen Material und der erwähnten einen Elektrode dem Widerstand der Energiequelle im wesentlichen angepaßt ist.

4· Elektrische Schaltung, gekennzeichnet durch eine elektrische Energiequelle, einen Energieverbraucher und ein Kopplungselement, das eine erste und eine zweite polarisierte Scheibe aus keramischem Material umfaßt, wobei, jede Scheibe

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eine erste und eine zweite Fläche besitzt, wobei jede Scheibe rechtwinklig zu diesen Flächen polarisiert ist, ferner ein Bindemittel, das die ersten Flächen beider Scheiben flach aufeinander liegend in einem geringen Abstand voneinander verbindet, wobei das Bindemittel ein leitfähiges Material umfaßt, das sich zwischen den ersten Flächen der Scheiben erstreckt, wobei das Bindemittel im wesentlichen die ganze Fläche mindestens einer der beiden ersten Flächen überdeckt, ferner eine auf einer der zweiten Flächen angeordnete erste Elektrode, eine auf der anderen der zweiten Flächen angeordnete zweite Elektrode, Mittel, um das leitfähige Material und die erste Elektrode mit der Energiequelle zu verbinden, sowie Mittel, um das leitfähige Material und die zweite Elektrode mit dem Energieverbraucher zu verbinden·

5. Elektrische Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das leitfähige Material metallische Filme auf den erwähnten ersten Flächen sowie eine Metallfolie umfaßt, die zwischen den metallischen Filmen und in Berührung mit diesen angeordnet ist»

6. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittel einen zwischen der Metallfolie und den erwähnten ersten Flächen angeordneten elektrisch leitenden Kitt umfaßte

7· Elektrische Schaltung nach Ansprudh 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittel Ketallfilme auf den erwähnten ersten Flächen, einen in Berührung mit den beiden Letallfilmen angeordneten feinen Draht und einen den Raum in der Umgebung des Drahtes ausfüllenden Kitt umfaßt.

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8· Elektrische Schaltung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsmittel Metallfilme auf den erwähnten ersten Flächen, eine zwischen den Metallfilman angeordnete nichtleitende Kittschicht und die Metallfilme miteinander verbindende Mittel umfassen.

9. Elektrische Schaltung nach Anspruch 4-, dadurch g e kennze iohnet , daß die erwähnten ersten Flächen kongruent sind und die Verbindungsmittel die erwähnten ersten Flächen im wesentlichen vollständig überdecken.

10. Elektrische Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die erwähnten Flächen kreisrund sind.

11 ο Elektrische Schaltung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die erwähnten Flächen oval sind.

12. Piezoelektrisches Kopplungselement, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite polarisierte Scheibe aus keramischem Material, wobei jede Scheibe eine erste und eine zweite Fläche besitzt, sowie durch Verbindungsmittel, mittels deren die erwähnten ersten Flächen flach aufeinander liegend in einem geringen Abstand voneinander verbunden sind, wohei die Verbindungsmittel ein zwischen den ersten Flächen angeordnetes elektrisch leitendes Material umfassen, und wobei die Verbindungsmittel mindestens eine der ersten Flächen vollständig überdecken, sowie auf den zweiten Flächen angeordnete Elektroden«

13. Piezoelektrisches Kopplungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Scheiben eine

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ungleichmäßige Dicke besitzt,

14. Piezoelektrisches Kopplungselement nach Anspruch 12, da-r

durch gekennzeichnet , daß die Scheiben ungleichmäßige Durchmesser besitzen·

15· Piezoelektrisches Kopplungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material im wesentlichen gegenüber der gesamten Fläche jeder der erwähnten ersten Flächen angeordnet ist·

16. Piezoelektrisches Kopplungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die erwähnten ersten Flächen kongruent sind und das Bindemittel die ersten Flächen vollständig überdeckt.

17. Piezoelektrisches Kopplungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Elektrode eine Fläche überdeckt, die erheblich kleiner ist als die Gesamtfläche der zugehörigen zweiten Fläche»

18. Piezoelektrisches Kopplungselement nach Anspruch 17, dadurch gekennaeichnet , daß die zweite Elektrode als Ring ausgebildet ist, der sich über den äußeren Teil der zweiten Fläche erstreckt,

19· Piezoelektrisches Kopplungselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode im wesentlichen nur den mittleren Teil der zugehörigen zweiten Fläche überdeckte

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20. Piezoelektrisches Kopplungselement, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite piezoelektrische Scheibe aus keramischem Material, wobei jede Scheibe eine erste und eine zweite Fläche besitzt, wobei jede Scheibe rechtwinklig zu ihren Flächen polarisiert ist, ferner eine dünne Schich¹ aus einem elektrisch leitenden Kitt, die eine der ersten Flächen überdeckt, eine dünne Schicht aus einem elektrisch leitenden Kitt, welche die andere dar ersten Flächen überdeckt, wobei die ersten Flächen einander augewandt sind, eine zwischen den Kittsohichten angeordnete Metallfolie sowie auf den zweiten Flächen der Scheiben angeordnete Elektroden.

21. Elektrisches. Kopplungselement, gekennzei ohne t durch eine erste und eine zweite piezoelektrische Scheibe aus keramischem Material, wobei jede Scheibe voneinander abgewandt erste und zweite Flächen besitzt, wobei jede Scheibe rechtwinklig zu diesen Flächen polarisiert ist, wobei die ersten Flächen einander zugewandt sind, ferner durch auf den ersten Flächen vorgesehene Eietallfileine, einen sich zwischen den Metallfilem erstreckenden und sie berührenden dünnen Draht, einen den Haum zwischen den luetallfilmen ausfüllenden und dia Scheiben miteinander verbindenden Kitt sowie auf den zweiten Flächen der Scheiben angeordnete Elektroden

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22. Piezoelektrisches Kopplungselement, g e k e η η co

^zeichnet durch eine erste und eine zweite piezoelektrische ^ Scheibe aus keramischem Material, wobei jede Scheibe eine erste

-» und eine zweite Fläche besitzt, wobei jede Scheibe rechtwinklig

-* zu diesen Flächen polarisiert ist, ferner durch die ersten Flächen überdeckende dünne lietallfilme, wobei die ersten Flächen einander

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zugewandt sind, eine zwischen den Hstallfilman angeordnete, sie berührende Metallfolie sowie Mittel zum Verbinden der Metallfolie mit den I.Ietallfilmen.

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