DE2056586C - Electromechanical oscillator, especially for time measurement - Google Patents

Electromechanical oscillator, especially for time measurement

Info

Publication number
DE2056586C
DE2056586C DE2056586C DE 2056586 C DE2056586 C DE 2056586C DE 2056586 C DE2056586 C DE 2056586C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bridge
coil
branch
resistor
electromechanical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Max Dipl.-Ing. ETH Biel Hetzel (Schweiz)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omega Louis Brandt and Frere SA
Original Assignee
Omega Louis Brandt and Frere SA
Publication date

Links

Description

3535

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Oszillator, insbesondere für die Zeitmessung, mit einem mechanischen Resonator, einem Verstärker und einem elektromechanischen Wandler, dessen Spule im einen Zweig einer Wheatstoneschen Brücke liegt, die zwei so in Serie geschaltete Kondensatoren aufweist, daß sie Bestandteile zweier anderer aufeinanderfolgender Brückenzweige bilden.The present invention relates to an electromechanical oscillator, in particular for time measurement, with a mechanical resonator, an amplifier and an electromechanical converter, whose coil is in a branch of a Wheatstone bridge, the two capacitors connected in series has that they form components of two other successive bridge branches.

Ein elektromechanisther Oszillator dieser Art kinn in einer Armbanduhr nur unter der Voraussetzung verwendet werden, daß in der Wheatstoneschen Brücke keine Kompensationsinduktivität erforderlich ist. Eine solche Kompensationsinduktivi:it wäre zu teuer und würde in der Uhr zuviel Raum beanspruchen.An electromechanical oscillator of this type can only be used in a wristwatch provided that no compensation inductance is required in the Wheatstone bridge. Such a Kompensationsinduktivi : i t would be too expensive and would take up too much space in the clock.

Wird jedoch keine Kompensationsinduktivität voi gesehen, so bleibt der Einfluß des induktiven Teils der Impedanz der Spule des elektromagnetischen Wandlers auf den feingang des Verstärkers ohne Kompensation, so daß parasitäre Schwingungen auftreten, welche die erwünschten Schwingungen stören und eine Instabilität des Antriebs des Resonators bewirken. Für ein tadelloses Funktionieren sollten die clcktrisehen Schwingungen im Stromkreis ausschließlich durch die mechanischen Schwingungen des Resonators induziert werden und zu denselben eine bestimmte Phasenluge aufweisen.However, if no compensation inductance voi seen, the influence of the inductive part of the impedance of the coil remains the electromagnetic Converter to the fine input of the amplifier without compensation, so that parasitic vibrations occur which interfere with the desired vibrations and a Cause instability of the drive of the resonator. The clcktri should be seen for perfect functioning Oscillations in the circuit exclusively due to the mechanical oscillations of the resonator are induced and have a certain phase length to the same.

Natürlich könnte man die hochfrequenten, störenden Schwingungen in einem gewissen Maße unterdrücken, indem im elektrischen Kreis ein Filter hohen Widerstandes für diese Schwingungen vorgesehen würde. Eine solche Lösung wäre jedoch nicht sehr wirksam und befriedigend, da ein Filter nur störende Frequenzen in einem bestimmten Frequenzband unterdrückt. Dieses Band weist jedoch keine bestimmtenOf course, you could use the high-frequency, disruptive ones Suppress vibrations to a certain extent by using a high filter in the electrical circuit Resistance for these vibrations would be provided. However, such a solution would not be great effective and satisfactory, since a filter is only annoying Frequencies in a certain frequency band suppressed. However, this tape has no specific

Grenzen auf. ^11,Limits on. ^ 11,

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, alle störenden Schwingungen im elektrischen Stromkreis des Oszillators und alle sich daraus ergebenden Nachteile zu vermeiden, ohne eine Kompensationsinduktivität oder andere teuere und voluminöse Elemente zu verwenden. Dieses Ziel wird erfindungsgemaß dadurc' erreicht, daß ein dem die Spule enthaltenden Brückenzweig benachbarter Brückenzweig im wesentlichen durch einen einfachen Widerstand gebildet ist welcher als Kompensationswiderstand den Einfluß des ohmschen Impedanzanteils der Spule auf die elektrischen Schwingungen kompensiert, und daß ein werterer Brückenzweig, der ebenfalls dem die Spule enthalt. , den Brückenzweig benachbart ist. einen ohmsc·
Ergänzungswiderstand aufweist, der in Serie mn α,-m Kondensator dieses Zweigs geschaltet ist und welcivr den Einfluß des induktiven Widerstandes der Spuk- .·:· die elektrischen Schwingungen kompensiert.
The aim of the present invention is to avoid all disturbing vibrations in the electrical circuit of the oscillator and all the disadvantages resulting therefrom, without using a compensation inductance or other expensive and bulky elements. This aim is achieved according to the invention by the fact that a bridge branch adjacent to the bridge branch containing the coil is essentially formed by a simple resistor which, as a compensation resistor, compensates for the influence of the ohmic impedance component of the coil on the electrical oscillations, and that a further bridge branch, which also corresponds to the contains the coil. , the bridge branch is adjacent. an ohmsc
Has supplementary resistance, which is connected in series mn α, -m capacitor of this branch and welcivr the influence of the inductive resistance of the spooky. ·: · Compensates the electrical oscillations.

Es kann rechnerisch nachgewiesen werden, dall d. r erwähnte Zusatz.viderstand in Serie mit dem Kondensator in dem Brückenzweig, der dem die Spule erhaltenden Brückenzweig benachbart ist. eine Ku,:- pensationsindi'ktivität vollständig ersetzen kann, *,-,! dieser Widerstand die störenden Einflüsse der Imk:k tivität der Spule auf die Schwingungen zu komrv:;· sieren gestattet, und zwar für alle Frequenzen. Mir die durch die Schwingung des mechanischen Resonators induzierten elektrischen Spannungen werden durch den Ergänzungswiderstand nicht beeinflußt und können das elektrische System frei steuern. Unter einem ohmschen Widerstand wird im folgenden stets ein solcher verstanden, weicher Tür Wechselstrom und Gleichstrom genau dieselbe Impedanz aufweistIt can be proven mathematically that d. r mentioned additional resistor in series with the capacitor in the bridge branch, which is adjacent to the bridge branch containing the coil. a Ku,: - pensationsindi'ktiv can completely replace, *, - ,! this resistance the disturbing influences of the IMK: k tivity of the coil to the vibrations to komrv:; · Sizing permitted, for all frequencies. The electrical voltages induced by the oscillation of the mechanical resonator are not influenced by the supplementary resistance and can freely control the electrical system. In the following, an ohmic resistance is always understood to mean a soft door with alternating current and direct current having exactly the same impedance

An Hand der Zeichnung, die den elektrischen Stromkreis des Oszillators darstellt, wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.On the basis of the drawing, which shows the electrical circuit of the oscillator, a Embodiment of the invention explained in more detail.

Der Stromkreis weist eine Wheatstonesche Brücke mit den Zweigen 1, 2. 3 und 4 auf, von welchen zwei benachbarte direkt miteinander verbunden sind, wahrend die zwei anderen über eine Stromquelle 5 verbunden sind und Anschlüsse 6 und 7 bilden. Diese beiden Anschlüsse 6 und 7 sind in bezug auf die Funktionen der Brücke gleichwertig. Die übrigen Brücken/weige sind in der üblichen Art miteinander verbunden und bilden drei weitere An..^hlüsse 8. 9 und 10.The circuit has a Wheatstone bridge with branches 1, 2, 3 and 4, of which two adjacent ones are directly connected to one another, while the other two are connected via a power source 5 and form connections 6 and 7. These two connections 6 and 7 are with respect to the Functions of the bridge equivalent. The remaining bridges / weige are in the usual way with each other connected and form three further connections. ^ connections 8. 9 and 10.

Die Zweige 1. 2 und 3 der Brücke werden durch eine Spule 11, einen Kompensationswiderstand 13 bzw. einen Kondensator 14 gebildet. Die Spule 11 bildet Teil eines elektromechanischen Wandlers, dessen mechanischer Teil mit einem Resonator 12 verbunden ist. Der Brückenzweig 4 weist einen weiteren Kondensator 15 auf, der mit einem Zusatzwiderstand 16 in Serie geschaltet ist. Der Widerstand 16 ist rein ohmisch wie auch der in den Zweig 2 geschaltete Widerstand, d. h., diese Widerstände haben dieselbe Impedanz für Gleich- und Wechselstrom beliebiger Frequenz. Wesentlich ist hierbei die Tatsache, daß der Zusatzwiderstand 16 im Brückenzweig 4 in funktioneller Hinsicht eine Kompensationsinduktivität, die in den Brückenzweig 2 geschaltet sein müßte, vollständig ersetzt.The branches 1. 2 and 3 of the bridge are connected by a coil 11, a compensation resistor 13 and a capacitor 14 is formed. The coil 11 forms part of an electromechanical transducer, the mechanical part is connected to a resonator 12. The bridge branch 4 has a further capacitor 15, which is connected in series with an additional resistor 16. The resistor 16 is purely ohmic as well as the resistor connected to branch 2, i. that is, these resistors have the same impedance for direct and alternating current of any frequency. What is essential here is the fact that the additional resistance 16 in the bridge branch 4 from a functional point of view a compensation inductance, which in the Bridge branch 2 would have to be connected, completely replaced.

Der Verstärker weist zwei Transistoren 17 und 18The amplifier has two transistors 17 and 18

Λ = /2; 'j = L : U4 - Z1Z1 - Z3Z4;Λ = / 2 ; 'j = L : U 4 - Z 1 Z 1 - Z 3 Z 4 ;

Λ =Λ =

Z1 +Z 1 +

Z3 + Z4 Z 3 + Z 4

(D(D

U)U)

komplementären Typs auf, die als aktive Elemente wirken, sowie drei Widerstände 19, 20 und 21.welche die verschiedenen Ströme und Vorspannungen an den Elektroden der Transistoren bestimmen. Die Emitter der Transistoren 17 und 18 sind mit den Anschlüssen 6 bzw. 8 der Brücke verbunden. Der Kollektor des Transistors 18 ist mit dem Anschluß 10 verbunden, so daß diener Transistor bei leitender Kollektor-Emitter-Strecke die Anschlüsse 8 und 10 der Brücke kurzschließen kann. Der Widerstand 19 liegt in einer Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 17 und der Basis des Transistors 18. Der Anschluß 7 der Brücke ist über den Widerstand 20 mit dem Kollektor und über den Widerstand 21 mit der Basis des Transistors 17 verbunden. Der Anschluß 9 ist direkt mit der Basis des Transistors 17 verbunden.complementary type, which act as active elements, as well as three resistors 19, 20 and 21 which determine the various currents and bias voltages on the electrodes of the transistors. The emitters of transistors 17 and 18 are connected to terminals 6 and 8 of the bridge, respectively. The collector of the The transistor 18 is connected to the terminal 10, so that the transistor is conductive when the collector-emitter path can short-circuit connections 8 and 10 of the bridge. The resistor 19 is in one Connection between the collector of transistor 17 and the base of transistor 18. Terminal 7 the bridge is via the resistor 20 to the collector and via the resistor 21 to the base of the Transistor 17 connected. Terminal 9 is connected directly to the base of transistor 17.

Die Energie zur Anregung bzw. zum Unterhalt der Resonatorschwingung wird an die Anschlüsse 8 und 10 der Brücke übertragen. Die Eingangsspannung für den Verstärker wird an den Anschlüssen 6 und 9 abgenommen. Diese Steuerspannung setzt sich zusammen aus einer Rückkopplungsspannung, die durch die Brückenzweige 1 und 4 erzeugt und übertragen wird, und einer kompensierenden Gegenkopplungsspannung, die durch die Zweige 2 und 3 erzeugt und übertragen wird.The energy for the excitation or maintenance of the resonator oscillation is applied to the connections 8 and 10 transferred to the bridge. The input voltage for the amplifier is taken from connections 6 and 9. This control voltage is made up of a feedback voltage that passes through the bridge branches 1 and 4 is generated and transmitted, and a compensating negative feedback voltage that is generated by the branches 2 and 3 and is transmitted.

Wie bereits erwähnt, erfolgt ein Teil der Kompensation im Brückenzweig 4. Die Berechnung der Werte der verschiedenen Schaltelemente ist wie folgt:As already mentioned, part of the compensation takes place in bridge branch 4. The calculation of the values of the various switching elements is as follows:

UAAusgangsspannung zwischen den U A - output voltage between the

Anschlüssen 6 und 9,
UE = Eingangsspannung zwischen den
Connections 6 and 9,
U E = input voltage between the

Anschlüssen 8 und 10,
Z1, Z2, Z3, Z4 = Ir pedanzen der Brückenzweige 1
Connections 8 and 10,
Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 = Ir pedances of the bridge branches 1

bis 4,
J1, Iχ, I3, /4 = Ströme in den Brückenzweigen 1
to 4,
J 1 , Iχ, I 3 , / 4 = currents in the bridge branches 1

bis 4,to 4,

R^ = Ohmscher Widerstand der Spule 11, L = Induktivität des elektromagnetischen Wandlers,
C14, C15 = Kapazitäten der Kondensatoren 14
R ^ = ohmic resistance of coil 11, L = inductance of the electromagnetic transducer,
C 14 , C 15 = capacitances of the capacitors 14

und 15.and 15.

^1." ^ib = Werte der Widerstände 13 und 16, jv> = Imaginäre Einheit und Kreisfrequenz. ^ 1. "^ Ib = values of resistors 13 and 16, jv> = imaginary unit and angular frequency.

UE · Z1 U E Z 1

Z1Z3 Z2Z4. Z 1 Z 3 - Z 2 Z 4 .

UE ~ Z1Z3 + Z1Z4 + Z2Z3 + Z2Z4 U E ~ Z 1 Z 3 + Z 1 Z 4 + Z 2 Z 3 + Z 2 Z 4

. (3 a) . (3 a)

Bedingung:Condition:

UA =0 Tür alle Frequenzen mit Außnahme der Eigenfrequenz des Resonators, d. h.: U A = 0 door all frequencies with the exception of the natural frequency of the resonator, ie:

Z1Z3 Z2Z4.. Z 1 Z 3 - Z 2 Z 4 ..

Man ersetzt die Werte der Gleichung (4) durchThe values of equation (4) are replaced by

Z1 = Riy + i«> L (5)Z 1 = R iy + i «> L (5)

(= Impedanz des Wandlers, dessen mechanischer Teil blockiert ist).(= Impedance of the transducer, the mechanical part of which is blocked).

r—r— *■* ■ -R13 -R 13 ;z3 ; z 3 jj j,,,j ,,, 11 [[ + J+ J (6,7)(6.7) Z4 Z 4 - Rih- Rih j j
jj
'"C15 '"C 15 Cl 4Cl 4 (8)(8th)
ManMan erhältreceives + >>/-+ >> / - '"C14-'"C 14 - . (9). (9) K13 K16 K 13 K 16 R Cw R Cw K13 ^ K 13 ^

Der reelle Teil der GleichungThe real part of the equation

(9 a)(9 a)

ist die Bedingung für die Kompensation des Einflusses des ohmschen Widerstandes der Spule 11. Der imaginäre Teil der Gleichung (9):is the condition for compensating for the influence of the ohmic resistance of the coil 11. The imaginary part of equation (9):

j„,l. =y„>c14- R13 · R16 j ", l. = y "> c 14 - R 13 · R 16

oderor

_ L_ L

It* D . C It * D. C.

(9 b)(9 b)

ist unabhängig von der Frequenz. Wird somit der Wert des Ergänzungswiderstandes 16 gemäß Gleichung (9 b) gewählt, so wird der Einfluß des induktiven Widerstandes der Spule Tür alle Frequenzen vollständig kompensiert. Das heißt, daß der Widerstand 16 in diesem Falle denselben Einfluß auf die Beziehung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der Brücke hat, wie eine in den Brückenzweig 2 geschaltete Kompensationsinduktivität. is independent of the frequency. The value of the supplementary resistor thus becomes 16 selected according to equation (9 b), the influence of the inductive resistance of the coil door is all frequencies fully compensated. That is, the resistor 16 has the same influence in this case on the relationship between the input voltage and the output voltage the bridge has as a Compensation inductance switched into bridge branch 2.

Hierzu 1 Blatt ZeichnungeuFor this 1 sheet of drawing new

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektromechanischen Oszillator, insbesondere fur die Zeitmessung, mit einem mechanischen Resonator, einem Verstärker und einem elektromechanischen Wandler, dessen Spule im einen Zweig einer Wheatstoneschen Brücke liegt, die zwei so in Serie geschaltete Kondensatoren aufweist, daß sie Bestandteile zweier anderer aufeinanderfolgen- ro der Brückenzweige bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem die Spule (11) enthalten- ' den Brückenzweig (1) benachbarter Brückenzweig im wesentlichen durch einen einfachen Widerstand (13) gebildet ist, welcher als Kompensationswiderstand den Einfluß des ohmschen Impedanzteils der Spule (11) auf die elektrischen Schwingungen kompensiert, und daß ein weiterer Brückenzweig (4), der ebenfalls dem die Spule enthaltenden Brückenzweig (1) benachbart ist. einen ohmschen Ergänzungswiderstand (16! aufweist, der in Serie mit dem Kondensator (15) dieses Zweigs geschaltet ist und welcher den Einfluß des induktiven Widerstandes der Spule auf die elektrischen Schwingungen kompensiert.1. Electromechanical oscillator, especially for time measurement, with a mechanical resonator, an amplifier and an electromechanical transducer, the coil of which is in one branch of a Wheatstone bridge, which has two capacitors connected in series so that they form part of two other successive branches of the bridge, characterized in that that one which contains the coil (11 )- ' the bridge branch (1) adjacent bridge branch essentially by a simple resistor (13) is formed, which as a compensation resistor the influence of the ohmic impedance part of the Coil (11) compensates for the electrical oscillations, and that another bridge branch (4), which is also adjacent to the bridge arm (1) containing the coil. an ohmic one Supplementary resistor (16! Has, which is connected in series with the capacitor (15) of this branch and what the influence of the inductive resistance of the coil on the electrical vibrations compensated. 2. Oszillator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Ergänzungswiderstandes (16) mindestens annähernd gleich ist der Induktivität (L) des elektromechanischen Wandlers (11, 12), geteilt durch den Wert ies ohmschen Wider-Standes des Wandlers und die Kapazität des mit dem Ergänzungswiderstand λ denselben Zweig der Brücke geschalteten Kondensators (15).2. Oscillator according to claim 1, characterized in that the value of the supplementary resistor (16) is at least approximately equal to the inductance (L) of the electromechanical converter (11, 12), divided by the value of its ohmic resistance of the converter and the capacitance of the capacitor (15) connected to the same branch of the bridge with the supplementary resistor λ.

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0319470B1 (en) Method and circuit for the reduction of the temperature dependence of the oscillation parameters of an oscillator
EP0074687A2 (en) Microwave push-pull oscillator
DE2040436A1 (en) Phase coherent and amplitude stable frequency shift oscillator
DE828262C (en) Circuit arrangement with piezoelectric crystal
DE2203039A1 (en) ELECTRONIC, CONTACTLESS SWITCHING DEVICE
DE69909399T2 (en) INTEGRATED CIRCUIT WITH AN OSCILLATOR
EP0141933B1 (en) Integrated circuit oscillator
DE2650777A1 (en) BROADBAND OSCILLATOR WITH ELECTRIC FREQUENCY CONTROL
DE2056586C (en) Electromechanical oscillator, especially for time measurement
DE1766295C3 (en) Switchable oscillator with at least one transistor
DE2929918A1 (en) MIXING LEVEL WITH A CONNECTED OSCILLATOR LEVEL
DE2203040A1 (en) ELECTRONIC, CONTACTLESS SWITCHING DEVICE
DE916072C (en) Crystal oscillator with transistor
DE2056586B2 (en) ELECTROMECHANICAL OSCILLATOR IN PARTICULAR FOR TIME MEASUREMENT
DE2937912A1 (en) OPERATIONAL AMPLIFIER
DE890065C (en) Tube generator
DE2739057C2 (en) Low noise, high frequency transistor oscillator
DE632327C (en) Tube circuit using a tube with several grids
DE1128553B (en) Circuit arrangement for achieving an at least approximately exact differentiation of a voltage
DE2902253C2 (en) Power oscillator circuit for ultrasonic aerosol devices
DE491603C (en) Circuit with one or more piezoelectric devices
DE2364187A1 (en) CONTROLLED OSCILLATOR
DE2059888A1 (en) Monolithically integrable oscillator circuit with frequency-determining two-pole
DE907190C (en) Coupling circuit for connecting an electrical oscillating circuit, essentially formed by a piezoelectric crystal, to a frequency-modulatable oscillator
DE931664C (en) Circuit arrangement for frequency modulation