DE1616687C3

DE1616687C3 - Electrical filter in a branch circuit with a cross branch containing at least one electromechanical oscillator

Info

Publication number: DE1616687C3
Application number: DE19621616687
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing.; Götz Gerhard Dipl.-Ing.; 8000 München Poschenrieder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-04-05
Filing date: 1962-04-05
Publication date: 1976-05-20

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Filter in Abzweigschaltung mit einem, wenigstens einen elektromechanischen Schwinger enthaltenden Querzweig, bei dem, in der Abzweigschaltung an den Anschlüssen des Querzweiges betrachtet, außer der einen Dämpfungspol erzeugenden Serienresonanz des elektromechanischen Schwingers noch wenigstens eine, im Filtersperrbereich gelegene Parallelresonanzfrequenz (Wiederholungsfrequenz) auftritt, deren Wirkung durch einen oder mehrere Schwingkreise kompensiert ist, der bzw. die dem betrachteten Querzweig mit dem Schwinger unter Zwischenfügung von Reaktanzschaltelementen vorausgehen und/oder nachfolgen.The invention relates to an electrical filter in a branch circuit with a shunt arm containing at least one electromechanical oscillator that, considered in the branch circuit at the connections of the shunt branch, except for the one damping pole series resonance of the electromechanical oscillator generating at least one more, in the filter blocking range located parallel resonance frequency (repetition frequency) occurs, the effect of which is provided by an or several oscillating circuits is compensated, the one or more of the cross branch under consideration with the oscillator Interposition of reactance switching elements precede and / or follow.

Zum Aufbau von Tiefpässen und breiten Bandpässen mit Quarzen oder anderen elektromechanischen Schwingern wird neuerdings eine Abzweigschaltung besonderer Ausbildung häufig verwendet. An diesen Abzweigschaltungen ist wesentlich, daß einerseits im Querzweig des Filters ein elektromechanischer Schwinger zur Erzeugung eines Dämpfungspols verwendet ist, und daß andererseits unmittelbar zu beider Seiten des den Schwinger enthaltenden Zweigs sogenannte Wiederholungspole herbeigeführt werden, d. h. Sperrstellen, die einen Betriebsdämpfungspol ergeben, der wenigstens näherungsweise mit der im Querzweig auftretenden, im Filtersperrbereich gelegenen Parallelresonanz zusammenfällt. Durch diese Abzweigschaltung ist gewährleistet, daß ersatzschaltbildmäßig die Struktur des elektromechanischen Schwingers, im besonderen des Schwingquarzes, in der Filterschaltung in der gewünschten Weise erscheint.For building low-pass filters and wide band-pass filters with crystals or other electromechanical ones A branch circuit with a special design has recently been used frequently for vibrators. On these Branch circuits is essential that on the one hand an electromechanical oscillator in the cross branch of the filter is used to generate a damping pole, and that on the other hand directly on both sides of the branch containing the oscillator, so-called repetition poles are brought about, d. H. Locking points, which result in an operational damping pole that is at least approximately with that in the shunt branch occurring parallel resonance located in the filter cut-off area coincides. Through this branch circuit it is guaranteed that the structure of the electromechanical oscillator, in particular of the quartz crystal, appears in the filter circuit in the desired manner.

Für den Entwurf von Tiefpässen und breiten Bandpassen in Form derartiger Abzweigschaltungen ist es erwünscht, für das Verhältnis von statischer zu dynamischer Kapazität des zur Anwendung kommenden mechanischen Schwingers, z. B. eines Quarzes, einen möglichst großen Wert zu erreichen, und den Wiederholungspol in einem geeigneten Abstand von dem vom Schwinger erzeugten Dämpfungspol derart vorzusehen, daß die Verluste und die Sperrdämpfung an der Sperrkante im Durchlaßbereich des Filters im wesentlichen vom Schwinger und'nicht von den den Wiederholungspol erzeugenden Elementen bestimmt werden.For designing low passes and wide band passes in the form of such branch circuits, it is desirable for the ratio of static to dynamic capacity of the used mechanical oscillator, e.g. B. a quartz to achieve as large a value as possible, and the repetition pole to be provided at a suitable distance from the damping pole generated by the transducer in such a way that that the losses and the blocking attenuation at the blocking edge in the pass band of the filter are essentially from the oscillator and not from the repetition pole generating elements are determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eigenschaften derartiger Abzweigschaltungen unter anderem vor allem dahingehend zu verbessern, daß das Verhältnis von statischer zu dynamischer Kapazität des in der Abzweigschaltung verwendeten, vorzugsweise piezoelektrischen Schwingers besonders günstig wird.The invention is based, among other things, on the properties of such branch circuits above all to improve the ratio of static to dynamic capacity the preferably piezoelectric oscillator used in the branch circuit is particularly favorable will.

Ausgehend von einem elektrischen Filter in Abzweigschaltung mit einem, wenigstens einen elektromechanischen Schwinger enthaltenden Querzweig, bei dem, in der Abzweigschaltung an den Anschlüssen des Querzweigs betrachtet, außer der einen Dämpfungspol erzeugenden Serienresonanz des elektromechanischenStarting from an electrical filter in a branch circuit with at least one electromechanical Transducer containing shunt branch, in which, in the branch circuit at the connections of the Cross-branch considered, except for the series resonance of the electromechanical, which generates a damping pole

Schwingers noch wenigstens eine, im Filtersperrbereich • gelegene Parallelresonanzfrequenz (Wiederholungsfre- ! quenz) auftritt, deren Wirkung durch einen oder mehrere Schwingkreise kompensiert ist, der bzw. die dem betrachteten Querzweig mit dem Schwinger unter Zwi- ^; schenfügung von Reaktanzschaltelementen vorausgehen und/oder nachfolgen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kompensation in der Abzweigschaltung außerhalb des von Querzweigen umgebenen Filterabschnitts vorgesehen ist, der durch den den elektromechanischen Schwinger enthaltenden Querzweig und die daran unmittelbar anschließenden Längszweige festgelegt ist, und daß diese Kompensation jeweils in Form eines Parallelresonanzkreises in einem Längszweig oder in Form eines Serienresonanzkreises in einem Querzweig erfolgt. Eine günstige Ausführungsform ist dann gegeben, ! wenn zur Realisierung eines Tiefpasses oder eines Bandpasses mit steil ansteigenden Dämpfungsflanken ^: als elektromechanischer Schwinger im Querzweig ein piezoelektrisches Element, vorzugsweise ein Schwingquarz, vorgesehen ist.Oscillator still at least one parallel resonance frequency (repetition frequency) located in the filter cut-off range occurs, the effect of which is compensated by one or more oscillating circuits that connect the cross branch under consideration with the oscillator under ^; preceded and / or followed by the addition of reactance switching elements, this object is achieved according to the invention in that the compensation is provided in the branch circuit outside of the filter section surrounded by cross branches, which is determined by the cross branch containing the electromechanical oscillator and the series branches directly connected to it, and that this compensation takes place in each case in the form of a parallel resonance circuit in a series branch or in the form of a series resonance circuit in a transverse branch. A favorable embodiment is then given! is provided as an electromechanical transducer in the transverse branch, a piezoelectric element, preferably a quartz ^oscillator: when the realization of a low-pass filter or a bandpass filter with a steep attenuation flanks.

Weitere günstige Ausführungsformen der Erfindung ! liegen dann vor, wenn die Kompensation durch zwei j Parallelresorianzkreise gleicher Eigenresonanzfrequenz erfolgt, von denen der eine in einem vorausgehenden und der andere in einem nachfolgenden Längszweig ^; angeordnet ist, oder wenn die Kompensation durch ! zwei Serienresonanzkreise gleicher Eigenresonanzfrequenz erfolgt, die in Querzweigen der Abzweigschaltung angeordnet sind und von denen der eine dem den j Schwingquarz enthaltenden Querzweig vorgeschaltet ι ist, während der andere diesem Querzweig nachge-' schaltet ist.Further favorable embodiments of the invention! are present when the compensation takes place through two parallel resonance circles with the same natural resonance frequency, one of which is in a preceding and the other in a subsequent series branch ^; is arranged, or if the compensation by! two series resonance circuits of the same natural resonance frequency takes place, which are arranged in shunt arms of the branch circuit and of which one is connected upstream of the shunt arm containing the quartz oscillator, while the other is connected after this shunt arm.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Kompensation S durch einen Serienresonanzkreis in einem Querzweig und einen Parallelresonanzkreis gleicher Eigenresonaiizfrequenz in einem Längszweig der Abzweigschaltung erfolgt, und wenn der Serienresonanzkreis dem den Schwingquarz enthaltenden Querzweig vorge- ; schaltet und der Parallelresonanzkreis diesem Quer- ^; zweig nachgeschaltet ist, bzw. wenn die Kompensation durch einen Parallelresonanzkreis in einem Längszweig ; und einen Serienresonanzkreis gleicher Eigenresonanz- : frequenz in einem Querzweig der Abzweigschaltung erfolgt, und der Parallelresonanzkreis dem den Schwingquarz enthaltenden Querzweig vorgeschaltet und der Serienresonanzkreis diesem Querzweig nachgeschaltet ist.It is also advantageous if the compensation S takes place by a series resonance circuit in a shunt arm and a parallel resonance circuit of the same natural resonance frequency in a series arm of the branch circuit, and if the series resonance circuit precedes the shunt arm containing the quartz oscillator; switches and the parallel resonance circuit this transverse ^; branch is connected downstream, or if the compensation by a parallel resonance circuit in a series branch; and a series resonance circuit of the same natural resonance frequency takes place in a shunt arm of the branch circuit, and the parallel resonance circuit is connected upstream of the shunt arm containing the quartz oscillator and the series resonance circuit is connected downstream of this shunt arm.

Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dann gegeben, wenn das im Querzweig der Abzweigschaltung angeordnete piezoelektrische Element mit Hilfe einer dualen Schaltung durch ein magnetostriktives Element ersetzt ist.A favorable development of the invention is given when that is in the shunt branch of the branch circuit arranged piezoelectric element using a dual circuit through a magnetostrictive element is replaced.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.

Die Schaltung nach der Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer bekannten Bandpaßschaltung in Abzweigschaltung, bei der ein Dämpfungspol an der Stelle /0O₁ im Dämpfungsdiagramm durch die in der Fig. 1 durch einen geraden Pfeil angedeutete Serienresonanz des piezoelektrischen Schwingers erzeugt wird. Der Quarz ist hierbei sogleich durch sein elektrisches Ersatzschaltbild, nämlich durch die Elemente Lq, Cq und Cp dargestellt. Im Querzweig dieser Schaltung, in dem der piezoelektrische Schwinger einer Induktivität L₁ parallel geschaltet ist, tritt eine Parallelresonanz fx auf, die durch einen halbkreisförmigen Pfeil angedeutet ist, und die im Sperrbereich des Filters liegt. Diese Resonanzfrequenz f_x würde einen Dämpfungseinbruch hervorrufen, da bei der Frequenz f_x dieser Querzweig hochohmig wird und praktisch eine Durchschaltung von Kreis 3 zu Kreis 4 bewirkt. Um diese unerwünschte Erscheinung zu vermeiden, sind zu beiden Seiten des betrachteten Querzweigs in den Längszweigen der Schaltung die Parallelresonanzkreise 1 und 2 vorgesehen, deren Eigenresonanzfrequenz gleich groß und mit /*,₂ bezeichnet ist. Diese beiden Parallelresonanzkreise erzeugen bei der Frequenz /CO₂, der sogenannten Wiederholungsfrequenz, einen gemeinsamen Dämpfungspol, den sogenannten Wiederholungspol. Weiterhin sind in der Schaltung gemäß der Fig. 1 die den Wiederholungspol erzeugenden Parallelresonanzkreise 1 und 2 so dimensioniert, daß ihre Eigenresonanzfrequenz f*.₂ näherungsweise mit der Parallelresonanzfrequenz f_x des erwähnten Querzweigs übereinstimmt (fx^f°c₂), wodurch der Eingangsscheinwiderstand der Schaltung bei der Frequenz/ = /c₂ wiederum näherungsweise den Wert Unendlich annimmt, so daß ein Dämpfungseinbruch an dieser Stelle vermieden ist.The circuit according to FIG. 1 shows a section of a known bandpass circuit in a branch circuit, in which a damping pole at the point / 0O ₁ in the damping diagram is generated by the series resonance of the piezoelectric oscillator indicated by a straight arrow in FIG. 1. The quartz is here immediately represented by its electrical equivalent circuit, namely by the elements Lq, Cq and Cp . In the shunt of this circuit, in which the piezoelectric oscillator of an inductance L ₁ is connected in parallel, a parallel resonance fx occurs, which is indicated by a semicircular arrow and which is in the blocking range of the filter. This resonance frequency f _x would cause a drop in attenuation, since at the frequency f _x this shunt branch becomes highly resistive and practically causes a connection from circuit 3 to circuit 4. In order to avoid this undesirable phenomenon, the parallel resonance circuits 1 and 2 are provided on both sides of the considered shunt branch in the series branches of the circuit, the natural resonance frequency of which is the same and is denoted _{by / *, 2.} _{At the frequency / CO 2} , the so-called repetition frequency, these two parallel resonance circuits generate a common damping pole, the so-called repetition pole. Furthermore, in the circuit according to FIG. 1, the parallel resonance circuits 1 and 2 which generate the repetition pole are dimensioned so that their natural resonance frequency f *. ₂ approximately coincides with the parallel resonance frequency f _{x of} the aforementioned shunt arm (fx ^ f ° c ₂ ), whereby the input impedance of the circuit at the frequency / = / c ₂ again approximately assumes the value infinite, so that a loss of attenuation is avoided at this point.

Wie der Fig. 1 weiterhin zu entnehmen ist, enthält die Schaltung noch die Parallelresonanzkreise 3 und 4 in den Längszweigen, die weitere Dämpfungspole bei den Frequenzen /o₃ und /o₄ erzeugen, sowie die Parallelresonanzkreise 5 und 6 in Querzweigen, die entsprechend den an das Filter gestellten weiteren Forderungen dimensioniert sind. Durch die gestrichelten Linien ist angedeutet, daß die Schaltung nach beiden Seiten zu noch weitere Schaltelemente enthalten kann, was für die folgenden Betrachtungen jedoch unwesentlich ist.As can also be seen in FIG. 1, the circuit also contains the parallel resonance circuits 3 and 4 in the series branches, which generate further damping poles at frequencies / o ₃ and / o ₄ , and the parallel resonance circuits 5 and 6 in cross branches, which correspond to the further requirements placed on the filter are dimensioned. The dashed lines indicate that the circuit can contain further switching elements on both sides, but this is immaterial for the following considerations.

Die in der Fig. 1 durch die Klammern zusammengefaßten Vierpole VP \ und VP II, die jeweils die aus den Resonanzkreisen 5 und 1 bzw. 2 und 6 bestehenden Halbgliedcr umfassen, werden nun mit Hilfe der in der Fig. 2 dargestellten äquivalenten Schaltungen umgeformt. (Schaltung α der Fig. 2 geht mit Hilfe des idealen Übertragers, dessen Übersetzungsverhältnis 1 : ü beträgt, in Schaltung b über und umgekehrt). Durch die Anwendung dieser Transformation auf die Vierpole VP I und VP II der Fig. 1 entsteht die in der Fig. 3 gezeigte Schaltung. Wie daraus zu ersehen ist, werden der den Quarz enthaltende Zweig sowie die Parallelresonanzkreise 3 und 4 durch die Transformation nicht berührt. Auch in dieser Schaltung wird ein Dämpfungspol an der Stelle/0O₁ mit einem piezoelektrischen Schwinger erzeugt, was wiederum durch einen geraden Pfeil angedeutet ist. Die bei der Frequenz /m₂ den Wiederholungspol erzeugenden Parallelresonanzkreise 1 und 2 sind jetzt nicht mehr Bestandteil der unmittelbar an den Querzweig mit dem Schwinger angrenzenden Längszweige, sondern sind von diesen Längszweigen mit den Schwingkreisen 3 und 4 durch die in Querzweigen liegenden Parallelresonanzkreise 7 und 8 getrennt, deren Eigenresonanzfrequenz gemäß der Transformation nach Fig. 2 ebenfalls bei der Frequenz /=o₂ liegt. Die Wiederholungsfrequenz /n₂ der Parallelresonanzkreise 1 und 2 stimmt bei der Schaltung nach der Fig. 3 jedoch noch mit der im Filtersperrbereich gelegenen Parallelresonanzfrequenz fx des den Schwingquarz enthaltenden Querzweigs zumindest im wesentlichen überein (Jx^fa^- Durch die Schaltungstransformation sind weiterhin die Kondensatoren C₁ und C₂, sowie die idealen Übertrager A und B hinzusekommen. The four-poles VP 1 and VP II summarized in FIG. 1 by the brackets, each comprising the half-members consisting of the resonance circuits 5 and 1 or 2 and 6, are now transformed with the aid of the equivalent circuits shown in FIG. (Circuit α in FIG. 2 goes over to circuit b and vice versa with the aid of the ideal transformer, the transmission ratio of which is 1: ü). By applying this transformation to the four-terminal network VP I and VP II of FIG. 1, the circuit shown in FIG. 3 is produced. As can be seen from this, the branch containing the quartz and the parallel resonance circuits 3 and 4 are not affected by the transformation. In this circuit, too, a damping pole is _{generated at the point / 0O 1} with a piezoelectric oscillator, which is again indicated by a straight arrow. The parallel resonance circuits 1 and 2 which generate the repetition pole at frequency / m ₂ are no longer part of the longitudinal branches directly adjacent to the transverse branch with the oscillator, but are separated from these longitudinal branches with the oscillating circuits 3 and 4 through the parallel resonance circuits 7 and 8 located in transverse branches separated, whose natural resonance frequency according to the transformation of FIG. 2 is also at the frequency / = o ₂ . The repetition frequency / n _{2 of} the parallel resonance circuits 1 and 2 in the circuit according to FIG. 3, however, still at least essentially coincides with the parallel resonance frequency fx of the shunt branch containing the quartz crystal, which is located in the filter blocking range (Jx ^ fa ^ - Due to the circuit transformation, the capacitors are still C ₁ and C ₂ , as well as the ideal transformers A and B are added.

Die in der Schaltung nach der Fig. 3 durch die Klammern zusammengefaßten Vierpole VP 111 und VP IV, die jeweils die Halbglieder aus den Parallelresonanzkreisen 7 und 3 bzw. 8 und 4 umfassen, werden nun wiederum mit Hilfe der in der Fig. 2 gezeigten äquivalenten Schaltungen umgeformt. Dadurch entsteht die Schaltung gemäß der F i g. 4. Die bei der Transformation entstehenden idealen Übertrager sind hierbei unwesentlich und wurden daher zur besseren Übersicht in der Fig. 4 weggelassen, d. h. die Übertrager sind z. B. an den Eingang oder den Ausgang der Schaltung verlegt, was bekanntlich nur eine Multiplikation aller Induktivitäten bzw. eine Division aller Kapazitäten des entsprechenden Schaltungsabschnitts mit dem Wert ü² bedeutet. Wie daraus zu ersehen ist, werden die den Wiederholungspol erzeugenden Parallelresonanzkreise 1 und 2 durch die Transformation nicht beeinflußt und ihre Eigenresonanzfrequenz liegt nach wie vor bei der Frequenz/»₂. Ebenso erscheinen auch die Kondensatoren C₁ und C₂ in der Schaltung. Die Kondensatoren C₃ und C₄ kommen auf Grund der Transformation neu hinzu. Auch die Parallelresonanzkreise 3 und 4 mit den Eigenresonanzfrequenzen /tD₃ und /co₄ erscheinen wiederum in den Längs-¹ zweigen der Schaltung. The four-pole connections VP 111 and VP IV, which are combined by the brackets in the circuit according to FIG Reshaped circuits. This creates the circuit according to FIG. 4. The ideal transformers resulting from the transformation are insignificant here and have therefore been omitted from FIG. 4 for a better overview. B. relocated to the input or the output of the circuit, which, as is well known, only means a multiplication of all inductances or a division of all capacitances of the corresponding circuit section by the value ü ² . As can be seen from this, the parallel resonance circuits 1 and 2 which generate the repetition pole are not influenced by the transformation and their natural resonance frequency is still at the frequency / » ₂ . Likewise, capacitors C ₁ and C _{2 also appear} in the circuit. The capacitors C ₃ and C ₄ are newly added due to the transformation. The parallel resonance circuits 3 and 4 with the natural resonance frequencies / tD ₃ and / co _{4 also} appear in the series ¹ branches of the circuit.

Wird bei der Schaltung gemäß der Fig. 4 an den Klemmen K₃ und K₃ des den Schwingquarz enthaltenden Querzweigs beispielsweise mit Hilfe eines Impedanciyessers der Scheinwiderstand in Abhängigkeit von der Frequenz gemessen — hierbei können Eingang und Ausgang des Filters mit reellen Widerständen abgeschlossen sein, deren Größe zweckmäßig gleich dem Wellenwiderstand des Filters ist — dann treten Null- und Unendlichkeitsstellen im Scheinwiderstandsverlauf auf. Einer der Unendlichkeitsstellen entspricht die Wiederholungsfrequenz /<»₂, auf welche die den ■ Wiederholungspol erzeugenden, in Längszweigen angeordneten Parallelresonanzkreise 1 und 2 abgestimmt sind.If in the circuit according to FIG. 4 at the terminals K ₃ and K ₃ of the shunt branch containing the quartz oscillator, the impedance is measured as a function of the frequency, for example with the help of an impedance meter - here the input and output of the filter can be terminated with real resistances The size is expediently equal to the wave resistance of the filter - then zero and infinity points appear in the impedance curve. One of the infinity points corresponds to the repetition _{frequency / <»2} , to which the parallel resonance circuits 1 and 2, which are arranged in series branches and which generate the repetition pole, are matched.

Wie aus der Fig. 4 weiterhin zu ersehen ist, sind durch die Schaltungstransformation die Kondensatoren C₅ und C₆ sowie die Spulen L₂ und L₃ hinzugekommen. Da sich die Kapazitäten C₅ und C₆ durch die Parallelschaltung zur ursprünglichen Quarzkapazität C_v addieren, wird das Verhältnis von statischer Kapazität, die jetzt aus C₅+C₆+Cj, besteht, zur dynamischen Kapazität Cq vergrößert, was für die Realisierung des Schwingquarzes außerordentlich vorteilhaft ist. Durch die neu hinzukommenden Elemente C₅, C₆, L₂ und L₃, die sich dem ursprünglichen Quarz parallel schalten, wird außerdem die ursprüngliche Parallelresonanzfrequenz f_x des den Schwingquarz enthaltenden Querzweigs — wenn der Querzweig für sich betrachtet wird — in einen neuen Wert/-,;', verschoben, was in der Fig. 4 wiederum durch einen halbkreisförmigen Pfeil angedeutet ist. Diese Parallelresonanzfrequenz/a;' liegt in der Regel in der Nähe der WiederhoJungsfrequenz oder in der Nähe einer der beiden anderen PoIfrequenzen/oo₃ oder/°°₄, so daß durch die auf diesen Polfrequenzen beruhende endliche Dämpfung einen Dampfungseinbruch an der Stelle f_x' verhindert. As can also be seen from FIG. 4, the circuit transformation has added capacitors C ₅ and C ₆ and coils L ₂ and L ₃ . Since the capacitances C ₅ and C ₆ add up to the original quartz capacitance C _v due to the parallel connection, the ratio of the static capacitance, which now consists of C ₅ + C ₆ + Cj, to the dynamic capacitance Cq is increased, which is important for the implementation of the Quartz crystal is extremely beneficial. With the newly added elements C ₅ , C ₆ , L ₂ and L ₃ , which are connected in parallel to the original quartz, the original parallel resonance frequency f _x of the shunt arm containing the quartz oscillator - if the shunt arm is considered in isolation - is changed to a new value / -,; ', shifted, which is again indicated in FIG. 4 by a semicircular arrow. This parallel resonance frequency / a; ' is usually in the vicinity of the repetition frequency or in the vicinity of one of the two other pole frequencies / oo ₃ or / °° ₄ , so that the finite damping based on these pole frequencies prevents a damping drop at the point f _x ' .

Im folgenden soll an Hand eines Beispiels noch gezeigt werden, daß der Wiederholungspol auch mit Hilfe von Serienresonanzkreisen realisierbar ist, die in Querzweigen der Schaltung angeordnet sind; Hierzu werden die in der Fig. 4 durch Klammern zusammengefaßten Vierpole VP V und VP Vl, die aus den Halbgliedern mit dem Kondensator C₁ und dem Parallelresonanzkreis 1, bzw. dem Kondensator C₂ und dem Parallelresonanzkreis 2 bestehen, mit Hilfe der äquivalenten Schaltungen gemäß der Fig. 5 umgeformt. Durch die Transformation entsteht die in der Fig. 6 dargestellte Schaltung. Wie daraus zu ersehen ist, werden die Kondensatoren C₃ und C₄ sowie die Parallelresonanzkreise 3 und 4 durch die Transformation nicht verändert. Die Kapazitäten C_p, C₅ und C₆ aus derIn the following it will be shown by means of an example that the repetition pole can also be implemented with the aid of series resonance circuits which are arranged in shunt branches of the circuit; For this purpose, the four- pole terminals VP V and VP Vl, which are summarized in brackets in FIG. 4 and which consist of the half-members with the capacitor C ₁ and the parallel resonance circuit 1, or the capacitor C ₂ and the parallel resonance circuit 2, with the help of the equivalent circuits according to 5 reshaped. The circuit shown in FIG. 6 results from the transformation. As can be seen from this, the capacitors C ₃ and C ₄ and the parallel resonance circuits 3 and 4 are not changed by the transformation. The capacities C _p , C ₅ and C ₆ from the

ίο Fig. 4 sind zur statischen Quarzkapazität C_v' zusammengefaßt und es gilt die Beziehung C_v' = C_p-\- C^-C₆. Ebenso sind die Induktivitäten L₁, L₂ und Lader Fig. 4 nach der Beziehung l/L' ■— 1/L₁+l/L₂-[-1/L₃ZUr Induktivität L' zusammengefaßt. Die im Filtersperrbereich liegende Parallelresonanzfrequenz/*' des den Schwingquarz enthaltenden Querzweigs bleibt somit erhalten. Durch die Transformation wird jedoch bewirkt, daß die Erzeugung des Wiederholungspols an der Stelle /co₂ durch die Serienresonanzkreise 9 und 10 erfolgt, die in Querzweigen der Schaltung liegen und bei der Frequenz/«₂ praktisch einen Kurzschluß hervorrufen, was wiederum durch gerade Pfeile angedeutet ist. Durch die Schaltungstransformation kommen außerdem die Kondensatoren C₁ bis C₁₄ gegenüber der Schaltung nach der Fig. 4 neu hinzu. Auch bei dieser Schaltung tritt bei der Wiederholungsfrequenz/°c₂ eine Unendlichkeitsstelle des Scheinwiderstandsverlaufs auf, wenn der Scheinwiderstand an den Klemmen K₃ und K₃' des den Schwingquarz enthaltenden Querzweigs gemessen wird.4 are combined to form the static quartz capacitance C _v ' and the relationship C _v ' = C _p - \ - C ^ -C ₆ applies. Likewise, the inductances L ₁ , L ₂ and charger Fig. 4 are combined according to the relationship l / L '■ - 1 / L ₁ + l / L ₂ - [- 1 / L ₃ to the inductance L'. The parallel resonance frequency / * 'of the transverse branch containing the quartz oscillator, which is in the filter cut-off range, is thus retained. However, the transformation causes the repetition _{pole to be generated at point / co 2} by the series resonance circuits 9 and 10, which are in shunt branches of the circuit and _{practically cause a short circuit at frequency / «2} , which is again indicated by straight arrows is. The circuit transformation also _{adds new capacitors C 1} to C ₁₄ compared to the circuit according to FIG. 4. In this circuit, too, an infinity point of the impedance curve occurs at the repetition frequency / ° c ₂ when the impedance is measured at terminals K ₃ and K ₃ ' of the shunt arm containing the quartz oscillator.

In den Fig. 7 bis 10 sind die verschiedenen Möglichkeiten von Schaltungen, die nach dem Prinzip der Wiederholungspole entworfen sind, nochmals zusammengestellt. Bei allen diesen Schaltungen ist in einem Querzweig ein elektromechanischer Schwinger Q vorgesehen, dem noch eine Induktivität L' und ein Abgleichkondensator Ct parallelgeschaltet sein können. Zu beiden Seiten des den Quarz enthaltenden Querzweigs schließen sich die mit D und E bezeichneten Vierpole an. Der Wiederholungspol wird in der Schaltung nach der Fig. 7 durch die Parallelresonanzkreise" 1 und 2 erzeugt (siehe auch Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4), die in Längszweigen der Schaltung angeordnet sind. Der Parallelschwingkreis 1 ist hierbei dem Vierpol D vorgeschaltet, der Parallelschwingkreis 2 dem Vierpol E nachgeschaltet.In FIGS. 7 to 10, the various possibilities of circuits which are designed according to the principle of repetitive poles are summarized again. In all of these circuits, an electromechanical oscillator Q is provided in a shunt arm, to which an inductance L ' and a balancing capacitor Ct can also be connected in parallel. On both sides of the transverse branch containing the quartz, the four-pole terminals marked D and E are connected. The Wiederholungspol is generated in the circuit of FIG. 7 by the parallel resonant circuits "1 and 2 (see also embodiment of FIG. 4) which are arranged in the longitudinal branches of the circuit. The parallel resonant circuit 1 is in this case connected upstream of the quadrupole D, the parallel resonant circuit 2 connected downstream of the quadrupole E.

In der Fig. 8 wird der Wiederholungspol durch zwei in Querzweigen der Schaltung angeordnete Serienresonanzkreise 9 und 10 erzeugt (vergleiche auch Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6). Hierbei ist der Serienschwingkreis 9 dem Vierpol D vorgeschaltet, der Serienschwingkreis 10 dem Vierpol E nachgeschaltet.In FIG. 8, the repetition pole is generated by two series resonance circuits 9 and 10 arranged in shunt branches of the circuit (compare also the exemplary embodiment according to FIG. 6). The series resonant circuit 9 is connected upstream of the quadrupole D , the series resonant circuit 10 is connected downstream of the quadrupole E.

In der Fig. 9 wird das Wiederholungspol durch denIn Fig. 9, the repetition pole is represented by the

in einem Querzweig liegenden Serienresonanzkreis 11 und den in einem Längszweig angeordneten Parallelresonanzkreis 12 erzeugt. Der Serienresonanzkreis 11 ist hierbei dem Vierpol D vorgeschaltet, der Parallelresonanzkreis 12 dem Vierpol E nachgeschaltet. Die beiden Schwingkreise 11 und 12 sind auf die gleiche Resonanzfrequenz/»₂ abgestimmt...Series resonant circuit 11 located in a transverse branch and the parallel resonant circuit 12 arranged in a longitudinal branch are generated. The series resonance circuit 11 is connected upstream of the quadrupole D , the parallel resonance circuit 12 is connected downstream of the quadrupole E. The two oscillating circuits 11 and 12 are tuned _{to the same resonance frequency / »2 ...}

In der Fig. 10 wird der Wiederholungspol durch den dem Vierpol D als Längszweig vorgeschalteten Parallelschwingkreis 13 und den dem Vierpol E als Querzweig nachgeschalteten Serienschwingkreis 14 erzeugt.In FIG. 10, the repetition pole is generated by the parallel resonant circuit 13 connected upstream of the quadrupole D as a series branch and the series resonant circuit 14 connected downstream of the quadrupole E as a shunt branch.

Für die Schaltungen gemäß den Fig. 4 und 6, sowie die Schaltungen nach den Fig. 7 bis 10 ergeben sich unter anderem die folgenden besonders charakteristischen Merkmale.For the circuits according to FIGS. 4 and 6, as well as the circuits according to FIGS. 7 to 10, result including the following particularly characteristic features.

i.i.

2.2.

Mindestens ein Dämpfungspol wird mit einem elektromechanischen Schwinger in einem der Querzweige der Abzweigschaltung erzeugt.At least one damping pole is connected to an electromechanical oscillator in one of the shunt branches the branch circuit generated.

Zu beiden Seiten des den elektromechanischen Schwinger enthaltenden Querzweigs der Schaltung, aber nicht in den unmittelbar daran angrenzenden Längszweigen, befinden sich derartige Kombinationen von Reaktanzelementen, die einen Dämpfungspol (Wiederholungspol) ergeben, der wenigstens näherungsweise die gleiche Frequenzlage aufweist wie die im Filtersperrbereich gelegene Parallelresonanzstelle, die im Zweig mit dem elektromechanischen Schwinger auftritt.On both sides of the shunt arm of the circuit containing the electromechanical oscillator, but not in the directly adjacent longitudinal branches, there are such combinations of reactance elements that result in a pole of attenuation (repetition pole) that is at least has approximately the same frequency as the parallel resonance point located in the filter cut-off range, which occurs in the branch with the electromechanical oscillator.

3. Wird der Scheinwiderstand der gesamten Schaltung an den Klemmen des den elektromechanischen Schwinger enthaltenden Querzweigs gemessen, dann treten eine Reihe von Pol- und Nullstellen auf. Eine dieser Polstellen stimmt mit der im Sperrbereich gelegenen Frequenz der Wiederholungspole überein.3. Will the impedance of the entire circuit at the terminals of the electromechanical If the transverse branch contains oscillators, then a series of poles and zeros occur on. One of these poles corresponds to the frequency of the repetition poles in the stop band match.

4. Schneidet man die Schaltungen nach den Fig. 4 und 6 und die Schaltungen nach den Fig. 7 bis 10 an den Punkten K₁IK₁' und KJK₂' auf, sodaß bei den dadurch entstehenden drei Teilvierpolen die den Wiederholungspol erzeugenden Reaktanzelemente nicht mehr zu jenem Teilvierpol gehören,4. If the circuits according to FIGS. 4 and 6 and the circuits according to FIGS. 7 to 10 are cut open at points K _1, IK ₁ ' and KJK ₂ ' , so that the reactance elements generating the repetition pole do not occur in the three partial quadrupoles that result belong more to that partial quadruple,

• 4er den elektromechanischen Schwinger enthält, und mißt an den Klemmenpaaren des den elektromechanischen Schwinger enthaltenden mittleren Teilvierpols jeweils den Eingangsscheinwiderstand, dann wird dieser Eingangsscheinwiderstand bei ausgangsseitigem Kurzschluß bei der Resonanzfrequenz/«^ des Wiederholungspols Null, wenn der Wiederholungspol durch Serienresonanzkreise erzeugt wird, bzw. wird dieser Eingangsscheinwiderstand bei ausgangsseitigem Leerlauf bei der Resonanzfrequenz/^ des Wiederholungspols unendlich groß, wenn der Wiederholungspol durch Parallelschwingkreise erzeugt ist.• 4 contains the electromechanical transducer, and measures at the clamp pairs of the middle one containing the electromechanical oscillator Partial four-pole each the input impedance, then this input impedance is at short circuit on the output side at the resonance frequency / «^ of the repetition pole zero when the repetition pole is generated by series resonance circuits becomes, or this input impedance becomes with no load on the output side at the resonance frequency / ^ of the repetition pole infinitely large if the repetition pole is through parallel resonant circuits is generated.

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Wenn der Wiederholungspol durch kanonische Glieder oder durch Brückenschaltungen innerhalb der Abzweigschaltung erzeugt wird, dann bleiben diese vier charakteristischen Eigenschaften vollständig erhalten. If the repetition pole is created by canonical terms or by bridges within the Branch circuit is generated, then these four characteristic properties are fully retained.

Zur übersichtlichen Darstellung wurde die Erfindung an Hand von zwei Bandpaßschaltungen (Fig. 4 und 6) erläutert, die in einem Querzweig einen Schwingquarz aufweisen und die durch Schaltungstransformation mit Hilfe äquivalenter Schaltungen gewonnen wurden. Die Schaltungen nach den Fig. 4 und 6 sowie nach den Fig. 7 bis 10 können entweder mit Hilfe der Betriebsparametertheorie durch einen entsprechenden Abbau der Schaltelemente aus einer Matrix nach dem Prinzip der Wiederholungspole berechnet oder als Wellenparameter-Filter entworfen werden.For a clear presentation, the invention was based on two bandpass circuits (Fig. 4 and 6) explained, which have a quartz oscillator in a transverse branch and which are produced by circuit transformation were obtained with the help of equivalent circuits. The circuits according to FIGS. 4 and 6 as well as after 7 to 10 can either with the help of the operating parameter theory by a corresponding Degradation of the switching elements from a matrix calculated according to the principle of repetition poles or as Wave parameter filters can be designed.

Bei sämtlichen Ausführungsformen der Schaltung nach der Erfindung besteht außerdem die Möglichkeit, die im Querzweig angeordneten piezoelektrischen EIemente mit Hilfe von dualen Schaltungen durch magnetostriktive Elemente zu ersetzen.In all embodiments of the circuit according to the invention there is also the possibility of the piezoelectric elements arranged in the transverse branch to replace it with magnetostrictive elements with the help of dual circuits.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

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Claims

U I claims:

1.Electric filter in a branch circuit with a shunt arm containing at least one electromechanical oscillator, in which, viewed in the branch circuit at the connections of the shunt arm, in addition to the series resonance of the electromechanical oscillator that generates a damping pole, at least one parallel resonance frequency (repetition frequency) located in the filter blocking range occurs , the effect of which is compensated by one or more resonant circuits, which precede and / or follow the considered shunt branch with the oscillator with the interposition of reactance switching elements, characterized in that the compensation in the branch circuit outside of that of shunt branches (7, 8 in Fig 3; C ₃ , C ₄ in Fig. 4; C ₃ , C ₁₃ , C ₄ , C ₁₄ in Fig. 6) is provided which is surrounded by the electromechanical oscillator (L _q , C ,,, Cp) containing transverse branch and the directly adjoining longitudinal branches (3, 4 in Fig. 3, 4, 6) firmly is placed, and that this compensation in each case in the form of a parallel resonance circuit (1, 2 in Fig. 3, 4, 7; 12 in Fig. 9; 13 in Fig. 10) in a longitudinal branch or in the form of a series resonance circuit (9; 10 in Fig. 6, 8; 11 in Fig. 9; * ίΊ »ϊα Fig. 10) in a transverse branch.

2. Filter according to claim 1, characterized in that a piezoelectric element (L _n , Cq, Cp), preferably a quartz crystal (Q), is provided for realizing a low pass or a band pass with steeply rising damping edges as an electromechanical oscillator in the shunt arm.

3. Filter according to claim 2, characterized in that the compensation by two Parallel resonance circuits (1, 2) of the same natural resonance frequency takes place, one of which is in one preceding and the other is arranged in a subsequent longitudinal branch (Fig. 4, 7).

4. Filter according to claim 2, characterized in that the compensation takes place by two series resonance circuits (9, 10) of the same natural resonance frequency, which are arranged in shunt branches of the branch circuit and of which the one of the cross member containing the quartz crystal (Q) is connected upstream, during the other this cross member is connected downstream (Fig. 8).

5. Filter according to claim 2, characterized in that the compensation takes place by a series resonance circuit (11) in a shunt arm and a parallel resonance circuit (12) of the same natural resonance frequency in a series arm of the branch circuit, and that the series resonance circuit (11) to the quartz crystal (Q) containing cross member is connected upstream and the parallel resonance circuit (12) is connected downstream of this cross member (Fig. 9).

6. Filter according to claim 2, characterized in that the compensation takes place by a parallel resonant circuit (13) in a series branch and a series resonant circuit (14) of the same natural resonance frequency in a parallel branch of the branch circuit, and that the parallel resonant circuit (13) to the quartz crystal (Q) containing cross member is connected upstream and the series resonance circuit (14) is connected downstream of this cross member (Fig. 10).

7. Filter according to one of claims 1 to 6, characterized in that the arranged in the shunt arm of the branch circuit piezoelectric element (L ₁₁ , C, "Cp) is replaced with the help of a dual circuit by a magnetostrictive element.

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