DE2344892C2 - Piezoelektrischer Schwinger - Google Patents

Description

angeordnet.

In F i g. 2 ist das elektrische Ersatzschaltbild des

50 bekannten piezoelektrischen Schwingers gezeigt, das

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen aus einer Kapazität C 1, einer Induktivität L 1, einem Schwinger, insbesondere einen in Filtern eingesetzten Verlustwiderstand R 1 und einer weiteren Kapazität Längsdehnungsschwinger, der auf den gegenüberlie- CO besteht, im Verluslwiderstand R 1 sind alle Vergenden großen Flächen Elektroden zur Erregung der luste des Schwingers zusammengefaßt, z. B. die Reimechanischen Schwingung durch elektrische Felder 55 bungsverluste im Quarzmaterial, die Aufhängungsaufweist. Verluste, die Verluste aus der Viskosität des umge- _ ,.-,., benden Gases, — dieser Anteil entfällt bei Unter-Stand der Technik bringung in einem evakuierten Gehäuse —. und die Piezoelektrische Längsdehnungsschwinger beste- Verluste aus dem elektrischen Widerstand der Elekhen gewöhnlich aus rechteckigen Platten aus Quarz 60 troden.

und weisen an ihren gegenüberliegenden großen Flä- Wie in F i g. 3 vereinfacht dargestellt, kann man chen Elektroden zur Erregung des Schwingers auf. sich den Verlustwiderstand Λ 1 in zwei Teilwider-Derartige Schwinger sind allgemein bekannt. Wenn stände aufgeteilt vorstellen. In dem einen Teilwiderdiese Längsdehnungsschwinger beispielsweise in FiI- stand Rq sollen dabei die vorstehend zuerst genanntem eingesetzt werden, so ist die Grunddämpfung 65 ten Verluste zusammengefaßt sein und der andere des Filters vom Verlustwiderstand des Schwingers Teilwiderstand soll den durch den elektrischen abhängig, wobei die Grunddämpfung von der nach- Eigenwiderstand R₁. der Elektrode 2 gebildeten Teil folgenden Verstärkerstufe wieder ausgeglichen wer- des Verlustwiderstandes R1 darstellen. Dieser

Eigenwiderstand Re ist normalerweise vernachlässigbar klein.

Der Verlustwiderstand R 1 besitzt einen Temperaturgang, das heißt, sein Widerstandswert ist von der Höhe der Temperatur des Schwingers abhängig. Der Temperaturgang wird durch den Temperaturkoeffizienten ausgedrückt. Dieser kann z.B. I 2°.a pro ⁰C betragen. Für den Temperaturgang des Verlustwiderstandes R I ist die Änderung des Teilwiderstandes Rq bei Temperaturschwankungen verantwortlich, m

Gemäß der Erfindung können die relativen Schwankungen des Widerstandes bei Temperaturänderungen dadurch verringert werden, daß der Verlustwiderstand R 1 vergrößert wird, indem der elektrische Eigenwiderstand Re der Elektroden 2, der über der Temperatur konstant ist, vergrößert wird. Der Eigenwiderstand Re der Elektroden 2 nimmt dabei einen am Gesamtwert des Verlustwiderstar.des nicht mehr vernachlässigbaren Anteil an. Wenn die Verringerung der relativen Änderung des Verlust-Widerstandes über der Temperatur noch weiter getrieben werden soll, wird der Eigenwiderstand Re sogar einen großen Anteil am Gesamtwert des Verlustwiderstandes R 1 aufweisen. Zwar steigt hierdurch der Absolutwert des Verlustwiderslandes R I an, aber das Verhältnis aus dem Widerstandswert bei erhöhter Temperatur und bei niedriger Temperatur ist kleiner geworden.

Durch die Wahl des Materials mit geeignetem spezifischen Widerstand und durch Variation der Dicke der Elektroden lassen sich beispielsweise verschiedene Werte für den Verlustwiderstand erzeugen. Der gewünschte Wert des Eigenwiderstandes Re ist auch durch Verändern der geometrischen Form der Elektroden 2 abgleichbar.

Soll der Temperaturgang des Verlustwiderstandcs R 1 völlig ausgeglichen werden, so ist für die Elektroden 2 ein Material zu wählen, das einen zum Temperaturkoeffizienten des Widerstandes Rq entgegengesetzten Temperafurkoeffizienten aufweist. Da der Teilwiderstand Rq in diesem Beispiel einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, ist ein Elektrodenmaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten zu wählen. Als Elektrodenmaterial kann beispielsweise Tantalnitrid verwendet werden. Die Elektroden 2 werden im allgemeinen aufgedampft. Tantalnitrid hat einen durch den Aufdampfprozeß bestimmbaren Temperaturkoeffizienten, der von negativen bis zu positiven Werten steuerbar ist. Man kann daher bei Elektroden aus Tantalnitrid den Temperaturgang der Elektroden dem des Teilwiderstandes Rq anpassen und weitgehend ausgleichen. Bei dieser Art des Ausgleiches ist gegenüber der vorstehend genannten Möglichkeit noch von Vorteil, daß der Verlustwiderstand R 1 in seinem Absolutwert nicht so gu>ß wird.

Für die Elektroden 2 kann als Material auch ein Cermet gewählt werden. Beispielsweise können die Elektroden aus CrSiO bestehen.

Die Veränderung der geometrischen Form der Elektroden 2 kann dadurch geschehen, daß beispielsweise die Elektroden durch Einschnitte eine mäanderförmige Gestalt erhalten. Auch ist es durch diese Maßnahmen möglich, die bei der Fertigung auftretenden Streuungen der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes Rq auszugleichen. Dazu wird nach einer Messung des Restfehlers der Eigenwiderstand Re der Elektroden entsprechend dem Ergebnis der Messung abgeglichen.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Schwinger kann z. B. als Längsdehnungsschwinger in vorteilhafterweise in Filtern eingesetzt werden. Sein gegenüberbei bekannten Längsdehnungsschwingern etwas erhöhter Verlustwiderstand ruft zwar eine größere Grunddämpfung des Filters hervor, diese kann aber leicht durch die nachfolgende Verstärkerstufe wieder ausgeglichen werden. Wegen des fehlenden Temperaturganges des Verlustwiderstandes kann aber auf zusätzliche Ausgleichsschaltmittel verzichtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. den kann. Da der Wert des Verlustwiderstandes je-

   ' * Patentansprüche: doch von der Temperatur abhängig ist, ergibt sich

   bei Temperaturänderungen auch eine Änderung der

   1. Piezoelektrischer Schwinger, insbesondere Grunddämpfung des Filters. Zum Ausgleich dieser Längsdehnungsschwinger, der auf den gegenüber- 5 Änderung der Grunddämpfung können Regelschalliegenden großen Flächen Elektroden zur Erre- tungen eingesetzt werden.

   gung der mechanischen Schwingung durch elek- Zum Ausgleich des Temperaturganges des Vertrische Felder aufweist, dadurch gekenn- lustwiderstandes eines piezoelektrischen Schwingers zeichnet, daß zur Verringerung der Tempe- ist es aber auch bekannt, daß in Reihe zum piezoraturabhängigkeit des Verlustwiderstandes (ßl) io elektrischen Schwinger eine Brückenschaltung Siegt, der Eigenwiderstand (Re) der Elektroden (2) die temperaturabhängige Widerstände aufweist einen gegenüber dem Gesamtwert des Verlust- (deutsche Auslegeschrift 1 294 492). Derartige Maßwiderstandes (R 1) nicht vernachlässigbaren Wert nahmen erfordern zusätzliche Schaltmittel zum Ausaufweist, gleich des Temperaturganges und vergrößern nicht

   2. Piezoelektrischer Schwinger nach An- 15 nur den Raumbedarf für den Filter, sondern verursaspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil chen auch höhere Kosten.

   des Eigenwiderstandes (Re) der Elektroden (2)

   am Gesamtwert des Verlustv. Verstandes (R 1) Aufgabe

   groß ist. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den

   3. Piezoelektrischer Schwinger nach An- 20 Temperaturgang des Verlustwiderstandes von piezospruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrischen Schwingern auf einfache Art auszuglei-Temperaturkoeffizient des Eigenwiderstandes chen.

   (Re) der Elektroden (2) entgegengesetzt dem Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den in den

   Temperaturkoeffizienten jenes Teilwiderstandes Ansprüchen angegebenen Mitteln.

   (Rq) ist, der zusammen mit dem Eigenwiderstand 35 ·, -,

   (Re) den Verlustwiderstand (R 1) ergibt. Vorteile

   4. Piezoelektrischer Schwinger nach An- Die Vorteile bestehen nicht nur in der Vermeidung spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek- von zusätzlichen Schaltmitteln, sondern auch im sehr troden (2) aus Cermet bestehen. guten Temperaturgangausgleich, da die Elektroden

   5. Piezoelektrischer Schwinger nach An- 30 und das Material des Schwingers immer die gleiche spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek- Temperatur aufweisen.

   iroden (2) aus Tantalnitrid bestehen.

   t). Piezoelektrischer Schwinger nach einem der Beschreibung der Erfindung
   Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

   der gewünschte Wert des Eigenwiderstandes (Re) 35 Die Erfindung wird nachstehend an Hand von

   durch Verändern der geometrischen Form der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

   Elektroden (2) abgleichbar ist. Fig. 1 einen Längsdehnungsschwinger in perspek-

   7. Piezoelektrischer Schwinger nach An- tivischer Darstellung,

   spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek- F i g. 2 ein Ersatzschaltbild des Längsdehnungs-

   troden durch Einschnitte eine mäanderformige 40 schwingers gemäß F i g. 1 und

   Gestalt erhalten. F i g. 3 ein etwas geändertes Ersatzschaltbild.

   8. Piezoelektrischer Schwinger nach An- In F i g. 1 ist ein bekannter piezoelektrischer spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Längsdehnungsschwinger dargestellt, der eine rechtnachträgliches Bearbeiten der Einschnitte der eckige Quarzplatte 1, je eine auf den gegenüberlie-Eigenwiderstand (Re) abgeglichen wird. 45 genden großen Flächen angebrachte Elektrode2 und

   Anschlußdrähte 3 aufweist. Der Schwinger ist in einem nicht dargestellten Gehäuse in bekannter Art