DE1766790B2 - Dreipoliger piezoelektrischer resonator - Google Patents

Description

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element dazu neigt, mit Frequenzen ία unmittelbarer unechten Ansprechbereiches auftreten kann, so daß

Nähe dieser Grundfrequenz zu schwingen. Ein mit die praktische Anwendung des Resonators schwierig

seiner Grundfrequenz schwingendes Filter kann je- wird Infolgedessen wird in dem üblichen dreipoligen

doch in seinen Abmessungen auf etwa zwei Fünftel piezoelektrischen Resonator die erste Harmonische

der Abmessungen verkleinert werden, die ein ver- 5 angewendet, die drei Schwingungsknoten hat, von

gleichbares Filterelement aufweisen würde, das mit denen der eine in der Nähe der Mitte des Filter-

der ersten Harmonischen dieser Grundfrequenz elements liegt und die beiden anderen an den beiden

schwingt einander diametral entgegengesetzten, mittleren Tei-

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung len der Außenelektrode angeordnet sind,

dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. io Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungs-

Im einzelnen zeigt form eines dreipoligen piezoelektrischen Resonators

Fig. 1 in einer Draufsicht einen üblichen drei- gemäß der Erfindung besitzt ein Filterelement 11

poligen piezoelektrischen Resonator, aus Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik. Dieses Filter-

Fi g. 2 in einem Längsschnitt durch den Resonator element 11 ist an seiner einen Hauptfläche mit einer

nach Fig. 1 Kurven, welche die Verteilung der 15 Punktelektrode 12 und einer Außenelektrode 13

mechanischen Spannungen für die Grundfrequenz versehen, welche die Punktelektrode 12 im Abstand

und die erste Harmonische darstellen, umgibt, so daß eine nichtmetallische Fläche 11 ft vor-

F i g. 3 in einer Draufsicht eine Ausführungsform handen ist Auf der anderen Hauptfläche ist das eines dreipoligen piezoelektrischen Resonators ge- Filterelement mit einer Flächenelektrode 14 vermaß der Erfindung, 20 sehen, welche diese andere Hauptfläche im wesent-

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie4-4 in Fig. 3, liehen vollständig bedeckt. Diese Elektroden werden

Fig. 5 in einer Draufsicht eine andere Ausfüh- auf den Hauptflächen des Filterelements 11 nach rungsform eines erfindungsgemäßen, dreipoligen üblichen Verfahren aufgetragen, z. B. durch Verpiezoelektrischen Resonators und silbern Danach wird das Filterelement durch An-

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5. 25 legen einer hohen Gleichspannung polarisiert, so daß

Ein in den F i g. 1 und 2 gezeigter, üblicher drei- ein dreipoliger piezoelektrischer Resonator erhalten poliger piezoelektrischer Resonator besitzt ein schei- wird, der piezoelektrische Eigenschaften besitzt,
benförmiges Filterelement 1, das aus piezoelektri- Erfindungsgemäß ist die Punktelektrode 12 mit schem keramischem Material besteht und an seiner einer langgestreckten Nut 12 a versehen, die sich von einen Hauptfläche mit einer Punktelektrode 2 und 30 dem Außenumfang der Punktelektrode 12 zu einem einer diese im Abstand konzentrisch umgebenden Mittelpunkt 11 α hin erstreckt, der einem Knoten der Außenelektrode 3 sowie an der entgegengesetzten Grundfrequenzschwingung entspricht. Die Außen-Hauptfläche mit einer Flächenelektrode 4 versehen elektrode 13 ist mit einem langgestreckten Vorsprung ist, welche diese Hauptfläche im wesentlichen voll- 13a versehen, der sich von dem Innenumfang der ständig bedeckt. Diese Elektroden 2, 3 und 4 können 35 Außenelektrode 13 über die nichtmetallische Fläche auf der Oberfläche des Filterelements nach einem lift in die Nut 12a erstreckt und im Abstand von üblichen Verfahren, z. B. durch Versilbern, aufge- deren Wanderungen angeordnet ist. An dem inneren bracht werden. Nachdem das Filterelement 1 durch Ende der Nut 12a der Punktelektrode 12 ist ein EinAnlegen einer hohen Gleichspannung polarisiert gangsleitungsdraht 15 und an dem dem inneren Ende worden ist, werden an die Punktelektrode 2, die 40 der Nut gegenüberliegenden, vorstehenden Ende des Außenelektrode 3 und die Flächenelektrode 4 ein Vorsprungs 13 a der Außenelektrode 13 ist ein Aus-Eingangsleitungsdraht 5, ein Ausgangsleitungsdrahto gangsleitungsdraht 16 angeschlossen. An der Flächenbzw, ein Erdleitungsdraht 7 angeschlossen. Der so elektrode 14 ist in deren Mitte ein Erdleitungsdraht erhaltene dreipolige piezoelektrische Resonator kann 17 angeschlossen. Auf diese Weise erhält man einen mit einer Grundfrequenz α und einer ersten Harmo- 45 dreipoligen piezoelektrischen Resonator,
nischen b schwingen, wie in F i g. 2 gestrichelt ange- Der Knoten der Grundfrequenzschwingung befindeutet ist, sowie mit weiteren Harmonischen, z. B. det sich genau an dem vorerwähnten Mittelpunkt der zweiten, dritten, vierten Harmonischen usw., die 11a. Die Nut 12 a der Punktelektrode 12 erstreckt hier jedoch nicht gezeigt sind. Die Trennschäife hin- sich daher vorzugsweise etwa über den Mittelpunkt sichtlich der Grundfrequenz α unterscheidet sich 50 11a, und der langgestreckte Vorsprung 13 a der nicht von der Trennschärfe hinsichtlich der ersten Außenelektrode 13 erstreckt sich bis knapp vor den Harmonischen ft. Die Verwendung der Grundfre- Mittelpunkt 11a. Infolgedessen liegen die Endquenz mit einer definierten Mittenfrequenz ermög- punkte der Nut 12 a und des langgestreckten Vorlicht die Herabsetzung des Außendurchmessers des Sprungs 13 a einander auf entgegengesetzten Seiten Filterelements 1 auf etwa V«s des Filterelements 1, 55 des Mittelpunktes 11a diametral gegenüber und bildas mit der ersten Harmonischen schwingen kann. den sie in der Nähe des Mittelpunktes 11 α liegende

Die Grundfrequenzschwingung hat jedoch einen Anschlußstellen für den Eingangsleitungsdraht 15 Schwingungsknoten an einer Stelle in der Nähe des und den Ausgangsleitungsdraht 16. Die Grundgeometrischen Mittelpunktes des Filterelements 1, so frequenzschwingung beschreibt daher an dem Mitteldaß die praktische Anwendung der Grundfrequenz- 60 punkt 11a eine sanfte Bogenlinie, so daß eine geschwingung schwierig ist. Müssen die Punktelek- wisse Verschiebung der vorstehend erwähnten Enden trode 2, die Außenelektrode 3 und die Flächen- der Nut 12 a und des langgestreckten Vorsprunges elektrode 4 mit Hilfe des Eingangs-, des Ausgangs- 13 a ermöglicht wird und diese Enden an einander und des Erdanschlusses ortsfest gehalten werden, so diametral gegenüberliegenden Stellen des Mittelhat dieser übliche Resonator den Nachteil, daß, be- 65 punktes 11 α enden und dort mit den Anschlußdrähzogen auf die Ansprechkurve des Quarzes, ein ten verbunden sind.

Schwingen des Quarzes bei Frequenzen innerhalb Wie vorstehend erläutert worden ist, besitzt der

des welligen Teils, des Höckerteils und auch dos dreipolige piezoelektrische Resonator gemäß der Er-

findung ein Filterelement, das in der Nähe jener Stellen einer der Hauptflächen, die dem Schwingungsknoten entsprechen, einen Eingangsleitungsdraht für die Außenelektrode besitzt, wobei diese Drähte voneinander isoliert sind. Infolgedessen kann man mit der Grundfrequenz arbeiten, jedoch trotzdem ein Schwingen des Quarzes bei Frequenzen des Höckerteils, des welligen Teils und auch des unechten Ansprechbereiches, bezogen auf die Ansprechkurve des Quarzes, verhindern. Der Außendurchmesser des Filterelements kann dadurch auf etwa 1/2,5 des Außendurchmessers eines üblichen Filterelements herabgesetzt werden, das mit der ersten Harmonischen arbeitet.

Vorstehend wurde die Erfindung als Beispiel an Hand eines scheibenförmigen, dreipoligen piezoelektrischen Resonators erläutert. Die Erfindung kann aber mit gleichem Vorteil auch auf einen dreipoligen piezoelektrischen Resonator gemäß Fig. 5 und 6 Anwendung finden, der eine quadratische Platte besitzt.

In den Fig. 5 und 6 entsprechen die mit 11' bis 17' bezeichneten Teile den in den F i g. 3 und 4 bezeichneten Teilen 11 bis 17,

In der in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind der Eingangsleitungsdraht 15, der Ausgangsleitungsdraht 16 und der Erdleitungsdraht 17 direkt mit der Oberfläche der Elektroden 12,13 bzw. 14 verbunden, und zwar durch Löten oder mit Hilfe eines elektrisch leitenden Klebstoffes. Man kann diese Leitungsdrähte aber auch mit Hilfe von Anschlußplatten verbinden, die aus elastischem Metall bestehen und kleine Kontaktstellen zu der Oberfläche der Elektroden aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Filterelementes durch diese Anschlüsse behindert

Patentanspruch: und damit die Schwingung gedämpft. Infolge dieser

Dämpfung findet ein unerwünschtes Ansprechen des

Dreipoliger piezoelektrischer Resonator mit Füterelementes auch bei solchen Frequenzen statt, einem Filterelement aus piezoelektrischer Kera- 5 bei denen nach der Ansprechkurve des jeweiligen mjk, das auf seiner einen Hauptfläche eine Punkt- Füterelementes eine geringere Dämpfung als in den elektrode und eine die Punktelektrode konzen- übrigen Teilen der Ansprechkurve auftritt. Diese trisch im Abstand umgebende Außenelektrode, Frequenzen sind durch den welligen Teil und den so daß eine nichtmetallische Fläche zwischen Höckerteil innerhalb des Hauptansprechbereiches ihnen vorhanden ist, und auf seiner anderen io und durch den Einbruch der Apsprechkurve im so-Hauptfläche eine diese im wesentlichen vollstän- genannten unechten Ansprechbereich gegeben. Bei dig bedeckende Flächenelektrode aufweist, da- einer Anregung des bekannten Filterelementes mit durch gekennzeichnet, daß die Punkt- seiner Grundfrequenz kann daher ein Schwingen des elektrode (12, tZ¹) eine langgestreckte Nut {12 a, Füterelementes mit einsr neben der Mittenfrequenz 12 α') aufweist, die sich vom Außenumfang der 15 liegenden Frequenz auftreten. Da aber gerade das Punktelektrode in, einen Schwingungsknoten er- Füterelement mit einer einzigen diskreten Frequenz streckt (Ha, lit/), der im wesentlichen in der exakt schwingen soll, wurden die bisher bekannten Mitte des Filterelemente (11, 11') liegt, daß die derartigen Resonatoren immer bei der ersten Hanno-Außenelektrode (13, 130 einen langgestreckten rüschen ihrer Grundfrequenz betrieben, da dann Vorsprung (13 a, 13 d) hat, der sich vom Innen- ao drei Schwingungsknoten auftreten, die eine unkriumfang der Außenelektrode über die nicht- tische Befestigung der elektrischen Anschlüsse an metallische Fläche (11 b, 11 f) in einen Bereich den Elektroden zulassen.

in der Nähe des inneren Endes der Nut erstreckt, Aus der Zeitschrift »Journal of the Institute of

und daß ein Eingangs-, Ausgangs- sowie ein Erd- Electrical Communication Engineers of Japan«,

anschluß (15, 15', 16, 16', 17, IT) im wesent- 25 Bd. 49 (Januar 1966), Nr. 1, S. 104 bis 110, sind

liehen im geometrischen Mittelpunkt des Füter- piezoelektrische Resonatoren bekannt, die zwei

elements mit der Punktelektrode, dem Vor- Elektroden aufweisen. Eine dieser Elektroden hat

sprung der Außenelektrode und der Flächen- dabei einen sektorförmigen Ausschnitt, durch dessen

elektrode verbunden sind, wodurch der Resona- Größe und Gestalt die Induktivität des Filterelemen-

tor mit der Grundfrequenz schwingen kann, 30 tes geändert werden kann. Da es sich bei diesem

deren Schwingungsknoten sich etwa im Mittel- bekannten piezoelektrischen Resonator jedoch nur

punkt des Filterelements befindet. um einen zweipoligen Resonator handelt, treten die

zuvor erwähnten Probleme nicht auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen drei-

35 poligen piezoelektrischen Resonator zu schaffen, der

ein exaktes Schwingen bei der durch seine Abmessungen gegebenen Grundfrequenz gestattet.

Die Erfindung bezieht sich auf einen dreipoligen Bei einem Resonator der genannten Art ist diese piezoelektrischen Resonator mit einem Filterelement Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß aus piezoelektrischer Keramik, das auf seiner einen 40 die Punktelektrode eine langgestreckte Nut aufweist, Hauptfläche eine Punktelektrode und eine die Punkt- die sich vom Außenumfang der Punktelektrode in elektrode konzentrisch im Abstand umgebende einen Schwingungsknoten erstreckt, der im wesent-Außenelektrode, so daß eine nichtmetallische Fläche liehen in der Mitte des Füterelementes liegt, daß die zwischen ihnen vorhanden ist, und auf seiner ande- Außenelektrode einen langgestreckten Vorsprung ren Hauptfläche eine dieser im wesentlichen voll- 45 hat, der sich vom Innenumfang der Außenelektrode ständig bedeckende Flächenelektrode aufweist. über die nichtmetallische Fläche in einen Bereich in Ein derartiger piezoelektrischer Resonator ist z. B. der Nähe des inneren Endes der Nut erstreckt, und aus der Zeitschrift »Proceedings of the Institution of daß ein Eingangs-, Ausgangs- sowie ein Erdanschluß Electrical Engineers«, Teil B, Bd. 109 (1962), Ergän- im wesentlichen im geometrischen Mittelpunkt des zung Nr. 22, S. 374 bis 378, bekannt. Ein derartig 50 Filterelements mit der Punktelektrode, dem Voraufgebauter piezoelektrischer Resonator arbeitet mit sprang der Außenelektrode und der Flächenelektrode der ersten Harmonischen der seinen Abmessungen verbunden sind, wodurch der Resonator mit der entsprechenden Grundfrequenz. Das bedeutet, daß Grundfrequenz schwingen kann, deren Schwinje nach der gewünschten Frequenz bestimmte Min- gungsknoten sich etwa im Mittelpunkt des Filterdestabmessungen für den piezoelektrischen Resona- 55 elements befindet.

tor nicht unterschritten werden dürfen, da diese be- Nach dieser erfindungsgemäßen Lösung einer bekannten Resonatoren mit ihrer Grundfrequenz selbst sonderen Ausbildung der Elektroden ist es möglich, nicht schwingen können. Der Schwingungsknoten bei alle Anschlüsse etwa im geometrischen Mittelpunkt dieser Grundfrequenz würde nämlich etwa im geo- des Füterelementes mit diesen zu verbinden. Demmetrischen Mittelpunkt des Füterelementes liegen, 60 zufolge ist das schwingende Filterelement lediglich d. h. alle vom geometrischen Mittelpunkt entfernt in seinem Schwingungsknoten durch diese Anliegenden Teile des Füterelementes müssen eine Be- Schlüsse mechanisch belastet, was jedoch auf die wegung ausführen. Da andererseits durch die beson- freie Schwingung des Füterelementes annähernd keidere Elektrodenausbildung des bekannten Resonators nen Einfluß hat, da infolge des Schwingungsknotens die mit diesen Elektroden verbundenen elektrischen 65 das Filterelement an dieser Stelle ohnehin in Ruhe Anschlüsse auch eine mechanische Verbindung zwi- bleibt. Daher ist es erstmals möglich, einen piezoschen den Elektroden und der Halterung des Füter- elektrischen Resonator unmittelbar mit seiner Grundelementes darstellen, wird die freie Schwingung des frequenz schwingen zu lassen, ohne daß das Filter-