DE1798239A1 - Stimmgabeloszillator - Google Patents

Description

• "Stimmgabeloszillator." Die Erfindung betrifft einen Stimmgabeloszillator mit einer Stimmgabel, einem elektrostatischen Umwandler und einem Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang. Bei bekannten Stimmgabeloszillatoren dieser Art ist der elektrostatische Umwandler über eine Kopplungskapazität mit dem Eingang des Verstärkers verbunden. Bei Verwendung kleiner Stimmgabeln tritt dann der Nachteil auf, daß infolge der Kapazität der Bedrahtung und der Kopplungskapazität das Umwandlersignal beträchtlich abgeschwächt wird, so daß die erforderliche Verstärkung und demnach der erforderliche Speisestrom der Verstärkung bzw. des Verstärkers größer sein wird. Infolgedessen werden die Abmessungen des Verstärkers und der Speisebatterie größer sein als im Falle, daß keine Abschwächung des Umwandlersignals auftritt. Besonders bei Verwendung des Stimmgabeloszillators in Uhrwerken ist letzteres unerwünscht, da bei dieser Anwendung möglichst geringe Abmessungen des Stimmgabeloazillators und der Speisebatterie angestrebt werden. Die Erfindung bzweckt, einen Stimmgabeloszillator zu schaffen, bei dem die oben erwähnte Abschwächung den Umwandlersignals größtenteils beseitigt wird, und sie weist das Kennzeichen auf, daß der Eingang den Verstärkers von der Torelektrode eines M.0.S.-Transstore gebildet ist, die zur Bildung des elektrostatiaohen Unwandlern einem Sehenkel der Stimmgabel gegenüber starr angeordnet ist, und daß der Ausgang des Verstärkern mit einer An- triebselektrode verbunden ist, die zur Bildung eines elektrostatischen Antriebs gleichfalls dem Schenkel der Stimmgabel gegenüber starr angeordnet ist, wobei die an dem Umwandler und dem Antrieb auftretenden.Wechselapannungen um 900 phasenverschoben sind. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Stimmwgabelos$illators nach der Erfindung, Fig. 2 Draufsichten des M.0.S.-Transistors T1 nach Fig. 1, und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stimmgabeloszillators nach der Erfindung., In Fig. 1 ist mit St eine Stimmgabel und mit A eine An-triebselektrode bezeichnet, die beide auf einer festen Unterlage befestigt sind. Der Eingang des von den Transistoren T1 und T2 gebildeten Verstärkers ist die Torelektrode G des gleichfalls starr angeordneten M.O:S.-Transistors T1 und ist über den Widerstand R2 an Erde gelegt. Die Zuführungselektrode S des Transistors T1 ist einerseits über den Widerstand R mit der Basiselektrode des Transistors T2 verbunden und andererseits Fiber den Widerstand R3 en Erde gelegt. Die Abführungselektrode D des Transistors T1 ist einerseits über den Kondensator Q mit der Basiselektrode des Transistors T2 und anderer- seits über den Widerstand R6 mit einem Funkt konstanten Potentiale verbunden. Die Emittem&ektrode des Transistors T2 ist über die Par:llelechaltung den Widerstandes R4 und des Kondensators C4 an Erde gelegt. Die Kollektor- elektrode des Transistors T2 ist einerseits über den Widerstand R5 mit einem Punkt konstanten Potentials und andererseits über den Kondensators C5 mit der Antriebs- elektrode A verbunden, die über den Widerstand R1 an Erde gelegt ist. Der elektrostatische Umwandler wird von der Torelektrode des Transistors T1 und dem Abschnitt I der Stimmgabel St gebildet, während der elektrostatische Antrieb von der Antriebselektrode A und dem ihr gegen- überliegenden Abschnitt II der Stimmgabel St gebildet ist. übliche Werte für die Widerstände und Kondensatoren sind nachstehend angegeben: R1 - 3.109 Ohm R = 5.105 Ohm R2 Farad = 1010 Ohm 0 - 3,9.10 -10 R = 106 Ohm C = 8.1Ö 6 Farad R6 = 106 Ohm C5 = 10-10 Farad R4 = 82.103 Ohm R5 = 106 Ohm Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist wie folgt. Die Torelektrode G des Transistors T1 bildet mit dem gegen- überliegenden Abschnitt I der Stimmgabel einen mit konstan- ter Ladung Q geladenen Plattenkondensator, für den gilt: C.V = konstant. Dabei stellt V die Spannung zwischen der Torelektrode und dem Schenkel I der Stimmgabel dar, und C = E. 0/d, wobei 0 die wirksame Plattenfläche des Kondensators und*( den Abstand zwischen der Torelektrode G und dem Schenkel I darstellt. Wenn sich der Abstand d periodisch ändert gemäß d = do (1 + Y. ein t ) wobei- /« 1, so entsteht am Kondensator eine Wechselspannung, die gleich V = Y .Y0 . ein t) t ist, wobei V0 die Gleichspannung am Kondensator bei d = d0 darstellt. Diese Spannung V wird in dem von den Transistoren T1 und T2 gebildeten Verstärker auerdchand verstärkt, wobei der Phasenunterschied zwischen den Spannuügen am Ein- und Ausgang des Verstärkers etwa 90o beträgt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers wird der Antriebselektrode A die an der anderen Seite des Schenkeln I der Stimmgabel liegt als die Torelektrode den Transistors T1, wodurch die Bewegungen der Antriebselektrode und der Torelektrode gegenüber dem Schenkel I um 1800 phasenverschoben sind, so daß die Spannung an der Antriebselektrode gegenüber der Spannung zwischen der Torelektrode des Transistors T1. und dem erwähnten Schenkel um 900 nacheilt. Um die Kapazitäten w"iächen dem Schenkel I der Stimmgabel und den Zu- und,Ahführungselektroden den Transistors T1 klein zu halten, sind vorzugsweise an dem der Torelektrode gegenüberliegenden Teil der Stimmgabel mit der Torelektrode gleichförmig prismatische Ausstülpungen U1 bzw: U2 vorgesehen. In Fig. 3 sind sowohl der Transistor T1 als auch die Antriebeelektrode A zwischen den beiden Schenkeln der Stimm-Babel St angebracht. Dies bietet den Vorteil, daß die Ausmaße des Stimmgabeloezillatore dann noch kleiner gewählt werden können und überdies sind der Widerstand R@ und der Kondensator 05 entbehrlich. Der Schenkel I der Stimmgabel St wird jetzt mit der Quelle. den Traxästors T.@ verbunden, um die erforderliche Vorspannung zwischen der 'Torelektrode und dem Schenkel der Stimmgabel tu erhalten. Dabei ist von der Gleichspannung am Quellenwiderstand Gebrauch gemacht. Um die Kapazitäten zwischen dem Schenkel I des Stimmgabel St und der Zu- und Abfuhrungselektrode des Transistors T1 klein zu halten, kann an dem der Torelektrode gegenüberliegenden Teil der Stimm-Babel, genau wie im Ausführungsbeispiel nach"Fig. 1, eine mit der Torelektrode gleichförmig prismatische Ausstülpung U1 bzw. U2 vorgeshen sein. Ein weiteres Verfahren zum Vorspannen des Schenkels I der Stimmgabel besteht darin, daß vom Kontaktpotential von zwei Metallen oder Oxyden Gebrauch gemacht wird. Ein Metall oder Oxyd wird dabei auf die Torelektrode des Transistors T und das andere Metall oder Oxyd auf den dem Transistor T1 gegenüberliegenden Teil des Schenkels I der Stimmgabel St aufgebracht. Geeignetes Material zu diesem Zweck ist z.B.: Pyrographit -karbonisiertes W oder Mo Gespüttertes Iridium mit Sauerstoff - Ta bedeckt mit 0. Die Stimmgabel St muß dann an Erde gelegt, statt mit der Zuführungselektrode des Transistors T1 verbunden werden, wie es in Fig. 3 durch die gestrichelte Linie a dargestellt ist. Die Verbindung b muß dann entfernt werden. Zur Herabsetzung der für den Oszillator erforderlichen Leistung wird vorzugsweise eine oder beide Platten des elektrostatischen Umwandlers und der elektrostatische Antrieb mit Schlitzen versehen oder aus Gaze hergestellt. Für eine gute Wirkung des Oszillators ist eine bestimmte Mindestkapazität zwischen den Platten notwendig, so da8 also bei einem gegebenen Abstand zwischen den Platten, z.B. 0,1 bis 0,3 mm, die Plattenoberfläche festgelegt ist. Die luftdämpfungsverluste sind dann, z.B. bei viereckigen Platten mit einer Seite b, proportional zu b4. Von der erforderlichen Plattenoberfläche ausgehend, kann die Luftdämpfung dadurch beträchtlich herabgesetzt werden, daß diese Oberfläche in eine größere Zahl von kleinen Flächen unterteilt wird, durch die die Luft "frei" hindurchwirbeln kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Platten mit Schlitzen versehen oder aus Gaze hergestellt werden. Eine andere Lösung zur Herabsetzung der oben erwähnten Zultdämpiungeverluste wird dadurch erhalten, daß der ganze Stimmgabeloesillator in einen nahezu luftleren Saum unter- gebracht Wird.
• Damit die Symmetrie der Stimmgabel St nch Pig: i und 3 nicht gestört wird, wird vorzugsweise den Sehenkeln der Stimmgabelgegenüber je ein M.0.3.-Trhnsi#tor angeordnet. Die beiden M.0.S.-Transistoren können dabei entweder parallel geschaltet werden, wodurch nur ein Verstärker notwendig ist, oder je einen Teil eines ;getrennten Verstärkere bilden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1.) Stimmgabeloszillator mit einer Stimmgabel, einem elektrostatischen Umwandler und einem Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Verstärkers von der Torelektrode eines M.0.S.-Trannistors-gebildet ist, die zur Bildung das elektrostatischen Umwandlers einem Schenkel der Stimmgabel gegenüber starr angeordnet ist, und daß der Ausgang des Verstärkers mit einer Antriebselektrode verbunden ist, die zur Bildung eines elektrostatischen Antriebs gleich- falls dem Schenkel der Stimmgabel gegenüber starr ange-* ordnet ist, wobei dje an dem Umwandler und dem Antrieb auftretenden Wechselspannungen um 90o phasenverschoben sind. 2.) Stimmgabeloszillatcr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung der Luftdämpfung wenigstens eine der Platten des e2cxtxoltatiechen der elektrostatische Antrieb mit Schlitzen versehen siy d. 3.) Stimmgabeloszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung der Luftdämpfung wenigstens eine der Platten des elektrostatischen Umwandlers und der elektrostatische Antrieb aus Gaze hergestellt sind. 4.) Stimmgabeloszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhaltung einer Yorspannung zwischen den beiden Platten des elektrostatischen Umwandlers auf jede Platte ein Metall oder Oxyd aufgebracht ist, wobei das Metall oder Oxyd auf einer Platte ein anderes Kontaktpotential hat als das Metall oder Oxyd auf der anderen Platte.