DE2427374A1 - Oszillator fuer akustische wellen - Google Patents

Oszillator fuer akustische wellen

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Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. BEETZ sen. Dlpl.-Ing. K. LAMPRECHT
Dr.-lng. R. BEETZJr, • Manchen 22, Steinsdorfotr. 1·
293-22.733P ■ 6. 6. 1974
National Research Development Corporation, LONDON, Großbrit.
Oszillator für akustische Wellen
Die Erfindung bezieht sieh auf einen Oszillator für akustische Wellen mit einer Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen, die auf einem Substrat angeordnete Eingangs- und Ausgangswandler aufweist, und mit einem Verstärker, der mit den Eingangs- und Ausgangswandlern der Verzögerungsleitung verbunden ist und deren Ausgangssignale als positive Rückkopplung für die Aufrechterhaltung der Oszillatorschwingungen in die Oszillatorschaltung einführt.
Oszillatoren dieser Art enthalten eine Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen, die einen Eingangswandler und mindestens einen Ausgangswandler besitzt, die auf einem beispielsweise aus piezoelektrischem Material bestehenden Substrat angeordnet sind, sowie einen Verstärker,
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der mit den beiden Wandlern bzw. allen Wandlern verbunden ist. Wird dem Verstärker elektrische Energie zugeführt, so wird das Rauschen im Verstärker auf den Eingangswandler und sodann in Form akustischer Wellen verschiedener Frequenz auf das Substrat gegeben. Nun führen jedoch die physikalische Konfiguration der Wandler und die Länge des Abstandes zwischen den Wandlern zu einer Unterdrückung aller Frequenzen mit Ausnahme erlaubter Frequenzmods oder vorzugsweiser aller Frequenzen mit Ausnahme einer Mittenfrequenz f . Auf diese Weise schafft die Verzögerungsleitung eine positive Rückkopplung von Signalen mit der Frequenz f in den Verstärker hinein, die im Verstärker Schwingungen mit der Frequenz f aufrecht erhält. Diese Oszillatoren können so gebaut werden, daß sie alle Schwingungsmods mit Ausnahme der gewünschten Mittenfrequenz f stärkstens unterdrücken; ein derartiger Oszillator ist beispielsweise in der britischen Patentanmeldung 788O/73 und auf Seite 195 der "Electronics Letters", Band 9, Nr.10 vom 17.5.1975 beschrieben. Verzögerungsleitungen für akustische Oberflächenwellen ist zwar Temperaturstabilität eigen, jedoch zeigen die Verstärker eine temperaturabhängige Phasenverschiebung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß jeglicher Einfluß einer temperaturabhängigen Phasenverschiebung über den Verstärker ausgeschaltet ist, so daß die Oszillationsfrequenz allein durch die verzögerungsleitung bestimmt wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen phasenempfindlichen Detektor für die Messung der Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen von zwei auf dem Substrat angeordneten Wandlern und die Abgabe eines von dieser Phasendifferenz abhängigen Ausgangssignals
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und durch von diesem phasenempfindlichen Detektor gesteuerte Korrekturglieder für die Speisung des Verstärkers mit einem Korrektursignal für die Beibehaltung eines gewünschten Werts für die vom phasenempfindlichen Detektor gemessene Phasendifferenz.
Ziel einer speziellen Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Schaffung eines modulierbaren Oszillators für akustische Oberflächenwellen.
Ein im Sinne der Erfindung ausgebildeter Oszillator für die Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen enthält eine Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen mit einem Eingangswandler und einem Ausgangswandler, die auf einem zur weiterleitung von akustischen Wellen geeigneten Substrat angeordnet sind, einen mit dem Eingangswandler und dem Ausgangswandler verbundenen Verstärker, einen phasenempfindlichen Detektor für die Messung der Phasendifferenz zwischen von zwei auf dem Substrat angeordneten Wandlern her empfangenen Signalen und die Abgabe eines von dieser Phasendifferenz abhängigen Ausgangssignals und vom phasenempfindlichen Detektor gesteuerte Einrichtungen für die Anlage eines Korrektursignals an den Verstärker zwecks Aufrechterhaltung eines gewünschten Wertes für die vom phasenempfindlichen Detektor gemessene Phasendifferenz.
Der phasenempfindliche Detektor kann die Phasendifferenz zwischen zwei beliebigen Wandlern im akustischen Kreis überwachen und aufrechterhalten, wobei diese beiden Wandler nicht notwendigerweise die Haupteingangs- und Ausgangswandler sein müssen.
Zu den Einrichtungen zur Anlage eines Korrektursignals an den Verstärker kann ein mit dem phasenempfindlichen Detektor verbundener variabler Phasenschieber für die Anlage
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einer korrigierenden Phasenverschiebung an den Verstärker gehören. Alternativ dazu können als Korrekturglieder ein zweiter Ausgangswandler auf der Verzögerungsleitung für die akustischen Oberflächenwellen und eine variable Impedanz für die Zuführung einer gegenüber dem Eingangssignal für den Verstärker phasenverschobenen variablen Signalamplitude vorgesehen sein. In typischen Fällen liegt die Phasenverschiebung zwischen dem zweiten Eingangssignal und dem Haupteingangssignal bei 90°#
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann mit dem Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors ein Signal V kombiniert werden, was zu einer Frequenzmodulation für den Oszillator führt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors einem von zwei Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt wird, an dessen zweitem Eingang das Signal V anliegt und dessen Ausgangssignal den Korrekturgliedern für die Speisung des Verstärkers mit einem Korrektursignal zugeführt wird. Der phasenempfindliche Detektor ist dann so ausgebildet, daß er über seinen Betriebsbereich hinweg ein lineares Ausgangssignal abgibt.
Als Material für das die Wandler tragende Substrat kommt insbesondere ein piezoelektrisches Material wie beispielsweise Quarz oder Lithiumniobid in Betracht; alternativ dazu kann auch ein Material gewählt werden, das sich für die Weiterleitung von akustischen Oberflächenwellen eignet und dann mit einem piezoelektrischen Material kombiniert wird, das unter oder über den Wandlern abgeschieden wird.
Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind; dabei zeigen intaerZelohnung!40988 1/0956
Pig. 1 ein Blockschaltbild für ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein Blocksehaltbild für ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein Vektordiagramm,
Fig. 4 ein Blockschaltbild für noch ein anderes Ausführ ungsbeispie1,
Fig. 5 ein Blockschaltbild für ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Mehrstreifenkoppler und
Fig. 6 ein typisches Ausgangssignal für den phasenempfindlichen Detektor.
Der in Fig. 1 dargestellte Oszillator enthält eine Verzögerungsleitung 1 für akustische Oberflächenwellen, die ein Quarzsubstrat 2 mit einem Eingangswandler T1 und einem Ausgangswandler T2 aufweist, wobei diese beiden Wandler zwar in der Zeichnung lediglich schematisch als ein einzelnes Fingerpaar dargestellt sind, obwohl in typischen Fällen der Eingangswandler T1 100 Fingerpaare und der Ausgangswandler T2 60 Fingerpaare aufweisen kann. Die Länge des Eingangswandlers T, kann dem Abstand zwischen den Mitten der beiden Wandler T, und T2 gleich sein, um eine Modenauswahl zu schaffen, wie sie in der bereits erwähnten britischen Patentanmeldung 788O/73 im einzelnen beschrieben ist. Mit den Wandlern T1 und Tp ist eine Verstärkerschaltung j5 mit Verstärkern AMP1 und AMP2 gekoppelt, deren Verstärkung ausreicht, um die Dämpfung in der Verzögerungsleitung 1 zu überwinden und Schwingungen in der Verstärkerschaltung 3 zu unterhalten. Zwischen den Verstärkern AMP. und AMP0 ist ein variabler Phasenschieber
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angeschlossen. Außerdem sind mit den beiden Wandlern T1 und T2 zwei normalerweise als Bezugseingang bzw. als Signaleingang bezeichnete Eingänge 5 und 6 eines phasenempfindlichen
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Detektors PSD verbunden, an dessen Ausgang J der erste Eingang 31 eines Differenzverstärkers 30 angeschlossen ist. Dem zweiten Eingang 32 des Differenzverstärkers 30 können frequenzmodulierte Signale zugeführt werden, und an den Ausgang 33 des Differenzverstärkers 30 ist der variable Phasenschieber 4 angeschlossen. Der Oszillatorausgang, über den übliche Schaltungen wie beispielsweise Radioempfänger gespeist werden können, ist in der Zeichnung durch einen Anschluß 34 dargestellt.
In manchen Anwendungsfällen ist der Differenzverstärker 30 entbehrlich, wobei dann der Ausgang 7 des phasenempfindlichen Detektors PSD unmittelbar mit dem variablen Phasenschieber 4 verbunden wird, wie dies in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Alternativ dazu kann der zweite Eingang 32 des Differenzverstärkers 30 geerdet werden.
Die beiden Verstärker AMP1 und AMP2 der Verstärkerschaltung 3 in Fig. 1 können durch einen einzigen Verstärker ersetzt werden.
Beim Betriebe unter Anlage eines Nullsignals an den zweiten Eingang 32 des Differenzverstärkers 30, also bei Erdung dieses zweiten Eingangs 32 des Differenzverstärkers 30, schwingt der Oszillator aus der Verzögerungsleitung 1 und der Verstärkerschaltung 3 mit einer vorherrschend durch die Parameter der Verzögerungsleitung 1 bestimmten Frequenz. Die Temperatur der Verstärker AMP1 und AMP2 kann sich, während des Betriebes ändern, und dies und/oder Änderungen in der den Verstärkern AMP1 und AMP2 zugeführten Speisespannung kann Anlaß zu einer Änderung in der Phasenverschiebung zwischen den Eingängen 5 und 6 für den phasenempfindlichen Detektor PSD sein. Diese Änderung der Phasenverschiebung wird durch
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den phasenempfindlichen Detektor PSD überwacht, der ein von dieser Änderung der Phasendifferenz abhängiges Ausgangssignal abgibt, das dem variablen Phasenschieber 4 zugeführt wird, der daraufhin die Verstärkerschaltung 3 mit einem Korrektursignal speist, um die Phasenverschiebung zwischen den an den Wandlern T, und Tp auftretenden Signalen auf einem konstanten Wert zu halten. In der Praxis kann das Korrektursignal dem Phasenschieber 4 in jedem Zeitpunkt, d.h. beim Einschalten und danach, zugeführt werden. Die Zeitkonstante für den phasenempfindlichen Detektor PSD kann lang sein, beispielsweise etwa 1 Sekunde betragen, um eine Kompensation für eine langsame temperaturabhängige Änderung der Phasenverschiebung in den Verstärkern AMP. und AMPp zu bewirken, während schnelle frequenzmodulierte Signale, wie sie dem Oszillator von in der Zeichnung nicht dargestellten Schaltungen zugeführt werden können, ohne Einfluß bleiben.
Für einen Einsatz als frequenzmodulierter Oszillator können zwei unterschiedliche Betriebsmode vorgesehen werden. Der erste dieser Mode wird dann erhalten, wenn der Ausgang des phasenempfindlichen Detektors PSD eine lange zeitkonstante tr von beispielsweise einer Sekunde aufweist, wie dies oben erwähnt ist. Wenn die Modulationsspannung V Frequenzen f enthält, die weit größer sind als der Kehrwert der Zeit-
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konstante χ, so gilt für das oben erwähnte BeispielT= 1 Sekunde die Beziehung f groß gegen 1 Hz. So kann die Modulationsspannung V1n beispielsweise ein Audiosignal umfassen, das eine Bandbreite zwischen 100 Hz und 5 kHz überdeckt. In diesem Falle kann das Ausgangssignal am Ausgang 7 des phasenempfindlichen Detektors PSD den raschen Änderungen der Modulationsspannung V nicht folgen, und es bewirkt lediglich eine Korrektur von langsamen Abweichungen ( $ 1 Sekunde) in der Durchschnittsfrequenz für den Oszillator. Der
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Anschluß 34, also der Oszillatorausgang, führt dann eine korrigierte Mittenfrequenz f mit einer Frequenzmodulation mit der Modulationsfrequenz f und einer durch die Linearität der Phasenverschiebung durch den Phasenschieber 4 mit der angelegten Spannung bestimmten Linearität. Diese anliegende Spannung ist im wesentlichen die Modulationsspannung V multipliziert mit der Verstärkung im Differenzverstärker
Die zweite Betriebsweise wird dann erhalten, wenn die Zeitkonstante τ für den phasenempfindlichen Detektor PSD kurz gegenüber dem Kehrwert für die Modulationsfrequenzen f wird. Diese Bedingung ist beispielsweise dann erfüllt, wenn die Modulationsfrequenzen f sich über das oben erwähnte Audioband erstrecken und die Zeitkonstante c eine Mikrosekunde beträgt. In diesem Falle hat das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors PSD am Ausgang 7 Zeit genug, der Modulationsspannung V zu folgen. Um diesen Betriebsmod zu betrachten, ist es von Nutzen, sich ins Gedächtnis zurückzurufen, wie der als Korrekturglied vorgesehene Phasenschieber 4 ohne eine Eingangsspannung V also bei geerdetem Eingang 32 des Differenzverstärkers j50 arbeitet. In diesem Falle wird der Oszillator bei der Frequenz fQ stabilisiert, und das Ausgangssignal am Ausgang 33 des DifferenzVerstärkers 30 ist G-mal so groß wie die Eingangsspannung am Eingang 31 des Differenzverstärkers 30, wobei G dessen Spannungsverstärkung bezeichnet. Das Vorzeichen für die Rückkopplung vom phasenempfindlichen Detektor PSD ist so zu wählen, daß sich die Spannung am Eingang 31 auf den Wert 0 verringert, obwohl sie niemals gleich 0 wird, da stets ein kleines Fehlersignal erforderlich ist, um den Oszillator zu betreiben. Dieses kleine Fehlersignal kann dadurch vernachlässigbar gemacht werden, daß die Verstärkung G für den Differenzverstärker erhöht wird. V/enn dem Eingang 32 des Differenz Verstärkers eine Modulationsspannung V zugeführt wird, so wird das Aus-
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gangssignal am Ausgang 33 des Differenzverstärkers j50 proportional zur Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen und 32 des DifferenzVerstärkers 30.Da auch in diesem Falle die Verstärkung G groß ist und die Rückkopplung im richtigen Sinne wirksam wird, ergibt sich ein stabiler Zustand, bei dem zwischen den Eingängen 31 und 32 eine geringe Spannungsdifferenz herrscht. Das bedeutet,, daß die Spannung am Eingang 31 der Spannung am Eingang 32 folgt, so wie die Spannung am Eingang 31 gegen Null geht, wenn der Eingang geerdet ist. Nun ist das Ausgangssignal am Ausgang 7 des phasenempfindlichen Detektors PSD im wesentlichen proportional der Frequenzabweichung von der Frequenz f , was zumindest für kleine Abweichungen gilt, so daß beim Betriebe diese Frequenzabweichung von der Frequenz f der Spannung am Eingang 32 des Differenzverstärkers 30 proportional ist. Auf diese Weise wird der Oszillator zu einem frequenzmodulierten Oszillator mit im wesentlichen linearer Frequenzmodulation, wobei die Linearität durch die Linearität für den phasenempfindlichen Detektor PSD bestimmt wird, wie dies in Fig. β veranschaulicht ist.
In einer in der Zeichnung nicht eigens dargestellten Alternativausführung für die Schaltung von Fig. 1 ist der variable Phasenschieber 4 zwischen dem Wandler T2 einerseits und dem Verbindungspunkt zwischen dem Verstärker AMPp und dem phasenempfindlichen Detektor PSD andererseits angeschlossen. Der phasenempfindliche Detektor PSD bewirkt dann eine Korrektur jeglicher Temperaturänderung in der Verzögerungsleitung 1, und die Oszillatorfrequenz hängt von der Verstärkerkennlinie ab.
In Fig. 2 ist eine weitere Alternativausführung dargestellt, die eine Verzögerungsleitung 8 für akustische Oberflächenwellen mit einem Quarzsubstrat 9 , einem Eingangs-
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wandler T1 und zwei Ausgangswandlern T2 und T, aufweist, von denen der Ausgangswandler T, weiter vom Eingangswandler T, entfernt ist als der Ausgangswandler Tp. Dadurch vergrößert sich die Verzögerungszeit für den Ausgangswandler T-,, so daß die von diesem aufgefangenen Signale gegenüber den vom Ausgangswandler T aufgefangenen Signalen verzögert sind. Der Abstand zwischen dem Eingangswandler T, und dem Ausgangswandler T., kann eine Viertelwellenlänge betragen, womit sich eine Phasenverschiebung von 90 ° ergibt. Auch die Länge der Fingerpaare kann unterschiedlich gehalten werden, wobei der Ausgangswandler Tp längere oder kürzere Finger aufweisen kann als der Ausgangswandler T, und dementsprechend das vom Ausgangswandler Tp aufgefangene Signal größer bzw. kleiner ausfällt als das vom Ausgangswandler T-, aufgefangene. Der Ausgangswandler Tp ist über eine feste Impedanz Z-, mit dem Eingang eines Verstärkers AMP verbunden, an dessen Ausgang der Eingangswandler T, angeschlossen ist. Der Ausgangs wandler T-, ist mit dem Eingang des Verstärkers AMP über eine variable Impedanz Zp verbunden. Außerdem sind mit den beiden Wandlern T. und Tp die beiden Eingänge eines phasenempfindlichen Detektors PSD verbunden, an dessen Ausgang ein erster Eingang J>1 eines Differenzverstärkers 30 angeschlossen ist, dem an einem zweiten Eingang 32 frequenzmodulierte Signale V zugeführt werden können. Der Ausgang 33 des Differenzverstärkers 30 ist mit der variablen Impedanz Zp verbunden.
Beim Betriebe des in Fig. 2 dargestellten und aus der Verzögerungsleitung 8 und einer den Verstärker AMP enthaltenden Verstärkerschaltung 10 bestehenden Oszillators ohne Modulationssignal, also mit V = 0,schwingt dieser Oszillator bei einer Frequenz, die durch die physikalischen Abmessungen und den Abstand der Wandler T, und Tp bestimmt wird. Eine Änderung in der Betriebstemperatur für den Verstärker AMP führt zu einer Phasenverschiebung in der verstärkerschaltung
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zwischen den Wandlern T, und Tp. Diese Änderung wird durch den phasenempfindlichen Detektor PSD festgestellt, der daraufhin der variablen Impedanz Z? ein Korrektursignal zuführt, was wiederum eine Änderung des dem Verstärker AMP durch den Wandler T-, zugeführten Signals zur Folge hat. Der Betrieb des Oszillators von Fig. 2 mit Zuführung einer Modulationsspannung, also mit V ^ 0, gestaltet sich in ähnlicher weise, wie dies oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert ist.
In Fig. 3 ist ein Vektordiagramm für das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 8 von Fig. 2 dargestellt. Dabei ist das Ausgangssignal des Ausgangswandlers Tp durch eine Spannung Vp wiedergegeben. Das Ausgangssignal des Ausgangswandlers T, ist gegenüber dem Ausgangssignal des Ausgangswandlers Tp um eine Viertelwellenlänge, also um 90°, verzögert und erscheint daher im Vektordiagramm von Fig. 3 in Form einer Spannung V-,. Die Resultierende R im Vektordiagramm von Fig.3 ergibt sich als die Summe von Vp und V, und wird durch eine Variation der Länge von V.,, also des Ausgangs signals aus der variablen Impedanz Z2, variiert, um eine konstante Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal für den Eingangswandler T1 und dem Ausgangssignal für den Ausgangswandler Tp aufrechtzuerhalten.
Die variable Impedanz Zp kann als ein variabler Widerstand, beispielsweise als ein Feldeffekttransistor (FET), oder als verstärker ausgeführt werden.
In Fig. 4 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Oszillator 11 dargestellt, der einen Eingangswandler T1 und einen Ausgangswandler T? besitzt, die auf einem Substrat 12 aufgebracht sind. Zwischen die Wandler T, und Tp sind in Serie zueinander ein Verstärker AMP und ein Phasenschieber eingeschaltet. Ein dritter Wandler T-, liegt mit Abstand vom
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Eingangswandler T1 auf dem Wege der von diesem Eingangswandler T1 abgegebenen akustischen Wellen auf dem Substrat 12. Ein phasenempfindlicher Detektor PSD ist mit seinen beiden Eingängen an die Wandler T1 und T^ angeschlossen, und sein Ausgang ist mit einem ersten Eingang j51 eines Differenzverstärkers 30 verbunden. Einem zweiten Eingang 32 des Differenzverstärkers j50 können frequenzmodulierte Signale ν zugeführt werden, und der Ausgang 33 des Differenzverstärkers 30 ist mit dem variablen Phasenschieber 1J> verbunden.
Die Länge des Weges für die akustischen Oberflächenwellen zwischen den Wandlern T1 und T, kann erheblich größer sein als zwischen den Wandlern T-, und Tp, um eine größere Empfindlichkeit für die Phasensteuerung zu erhalten. Ohne Modulationsspannung, also mit V = O.kann dann der Abstand zwischen den Wandlern T1 und T-, so groß wie möglich gemacht werden. Wenn jedoch eine Modulationsspannung Vm nicht gleich 0 angelegt werden soll, muß sichergestellt werden, daß zwischen den Wandlern T1 und T-, nicht größere Phasenänderungen als 2 Λ" auftreten können, wenn also V über .^/2 moduliert wird, dann kann der Abstand zwischen den Wandlern T1 und T-, bis zum vierfachen des Abstandes zwischen den Wandlern T1 und Tp betragen. Analog dazu kann bei einer Modulation von
V über J' /4 der Abstand zwischen den Wandlern T. und T-, m 13
bis zum achtfachen des Abstandes zwischen den Wandlern T1 und Tp anwachsen.
Bei einem Betrieb ohne Modulationsspannung, also mit Vm = 0, schwingt der Oszillator 11 aus den Wandlern T1 und Tp und dem Verstärker AMP bei einer Frequenz, die vorherrschend durch die Verzögerungsleitung bestimmt wird, jegliche Phasenänderung, die beispielsweise auf eine Temperaturänderung im Verstärker AMP zurückgeht, führt zu einer Änderung der
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Frequenz der Schwingungen in der Verzögerungsleitung. Die Frequenz in der Verzögerungsleitung ist zwischen den Wandlern T1 und Tp die gleiche wie zwischen den Wandlern T1 und T^, so daß jegliche Abweichung in der Frequenz von der gewünschten Frequenz in der Oszillatorschaltung sich als eine Änderung in der Phasenverschiebung zwischen den Wandlern T, und T^ zu erkennen gibt. Diese Phasenverschiebungsänderung wird durch den phasenempfindlichen Detektor PSD festgestellt, der daraufhin dem variablen Phasenschieber IJ ein entsprechendes Korrektursignal zuführt. Bei einem Betrieb mit Modulation, also mit V ^ 0, arbeitet der Oszillator 11 von Fig. 4 analog zu der vorliegenden Beschreibung für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1.
In Fig. 5 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Oszillator zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen in Form eines Oszillators 14 dargestellt, der von der zugehörigen Korrekturschaltung 15 elektrisch getrennt ist, um einenELnfluß von akustischen Massenschwingungen im Substrat 16 des Oszillators 14 zu verhindern. Der dargestellte Oszillator 14 besitzt einen Eingangswandler T1 und einen Ausgangswandler Tp, die beide auf dem Substrat l6 aufgebracht sind. Ein Verstärker AMP und ein variabler Phasenschieber 17 sind in Serie zueinander mit den Wandlern T1 und Tp zusammengeschaltet. Quer über den akustischen Weg 18 zwischen' den Wandlern T1 und T2 ist ein Mehrstreifenkoppler 19 gelegt, wie er in den britischen Patentanmeldungen 1J5125/71 und 749/72 beschrieben ist, und dieser Koppler 19 koppelt einen Teil der akustischen Oberflächenwellen aus in einen zweiten akustischen weg 20. Auf diesem.zweiten akustischen Wege 20 sind zwei der Überwachung dienende Wandler T^ und Tu angeordnet, an deren Ausgänge die Eingänge eines phasenempfindlichen Detektors PSD angeschlossen sind. Der Ausgang dieses phasenempfindlichen Detektors PSD ist mit einem ersten Eingang 31 eines Differenzverstärkers 30 verbunden, dem an
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einem zweiten Eingang 32 frequenzmodulierte Signale V zugeführt werden können. An den Ausgang 33 des Differenzverstärkers 30 ist der variable Phasenschieber 17 angeschlossen.
Bei einem Betriebe ohne Modulation, also mit V=O, überwachen die Wandler T, und T^ die Frequenz in der Verzögerungsleitung für den Oszillator 14, und jede Abweichung von der gewünschten Frequenz führt zu einer Phasenänderung zwischen den Wandlern T-, und Tj,. Diese Phasenänderung wird vom phasenempfindlichen Detektor PSD festgestellt, der daraufhin dem variablen Phasenschieber 17 ein entsprechendes Korrektursignal zuführt. Bei Betrieb mit Modulationsspannung, also mit V 4 0, verhält sich der Oszillator 14 von Fig. 5 ganz analog dem oben in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die in Fig. 1, 2, 4 und 5 dargestellten und oben erwähnten phasenempfindlichen Detektoren PSD können als doppelt abgeglichene Mischer ausgeführt werden.
Die in Fig. 1, 4 und 5 dargestellten variablen Phasenschieber können als Brückenschaltungen mit drei festen Impedanzen und einer variablen Kapazität wie beispielsweise einem Varaktor ausgeführt werden. Alternativ dazu kann ein solcher variabler Phasenschieber auch eine PIN-Diode mit einer variablen Gleichspannung als daran anliegende Vorspannung enthalten; zur Variation der Phasenverschiebung dient dann der variable Widerstand der PIN-Diode in Kombination mit einer festen Kapazität, beispielsweise der Kapazität des Wandlers Tp. Gemäß noch einer Alternative kann der variable Phasenschieber auch eine Varaktor-Diode enthalten, an der als Vorspannung variable Gleichspannungssignale anliegen: in diesem
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Falle erfolgt die Variation der Phasenverschiebung über die variable Kapazität der Varaktor-Diode in Kombination mit einem festen Widerstand, beispielsweise dem Widerstand des Verstärkers AMP.
In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die sieh im Substrat ausbreitenden akustischen Wellen Oberflächenwellen. In einigen Anwendungsfällen können statt dessen auch akustische Massewellen verwendet werden, wobei dann die akustischen Oberflächenwellen abgestimmt oder durch auf der Oberfläche des Substrats angeordnete Absorber gedämpft werden. Ein Vorteil bei der Verwendung bestimmter Massewellen, beispielsweise in Quarzlithiumtantalat oder anderen Piezoelektrika mit dem Temperaturkoeffizienten Null für die Verzögerung ist die verbesserte Temperaturstabilität für die Verzögerungsleitung selbst, die dann in Kombination mit der oben beschriebenen Schaltung einen extrem temperaturstabilen Oszillator ergibt.
Bei allen oben beschriebenen Schaltungen muß das Vorzeichen für das Korrektursignal so gewählt werden, daß sich die verlangte stabile Betriebsweise ergibt. Wenn mit dem falschen Vorzeichen gearbeitet wird, ergibt sich statt einer Verminderung des Fehlers eine Verstärkung.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    Oszillator für akustische Wellen mit einer Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwelle^ die auf einem Substrat angeordnete Eingangs- und Ausgangswandler aufweist, und mit einem Verstärker, der mit den Eingangs- und Ausgangswandlern der Verzögerungsleitung verbunden ist und deren Ausgangssignale als positive Rückkopplung für die Aufrechterhaltung der Oszillatorschwingungen in die Oszillatorschaltung einführt, gekennzeichnet durch einen phasenempfindlichen Detektor (PSD) für die Messung der Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen von zwei auf dem Substrat (2; 9; 12; 16) angeordneten Wandlern (T1 und T', T1 und T-,; T, und T^) und die Abgabe eines von dieser Phasendifferenz abhängigen Ausgangssignals und durch von diesem phasenempfindlichen Detektor gesteuerte Korrekturglieder (4, T, und Z2, 15, 17) für die Speisung des Verstärkers (AMP, AMP1) mit einem Korrektursignal für die Beibehaltung eines gewünschten Wertes für die vom phasenempfindlichen Detektor gemessene Phasendifferenz.
  2. 2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturglieder als Phasenschieber (4, 13, 17) ausgeführt sind.
  3. 3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturglieder als eine variable Impedanz (Zp) ausgeführt sind, die mit einem zweiten Ausgangswandler (T,) verbunden ist, der auf dem Substrat (9, 12, 16) angeordnet ist und akustische Oberflächenwellen empfängt, die gegenüber den vom anderen Ausgangswandler (T2) empfangenen um 90° phasenverschoben sind.
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  4. 4. Oszillator nach einem der Ansprüche l bis 3> gekennzeichnet durch eine Schaltungsstufe (30) für die Anlage eines modulierten Signals (V ) an den Oszillator zum Erzeugen einer Frequenzmodulation.
  5. 5. Oszillator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Schaltungsstufe für die Anlage des modulierten Signals ("V1n) als ein Differenzverstärker (30) ausgeführt ist, der an seinem Ausgang mit den Korrekturgliedern (4, T, und Zp, 13, 17) verbunden ist, mit einem ersten Eingang (31) an den Ausgang des phasenempfindlichen Detektors (PSD) angeschlossen ist und an einem zweiten Eingang (32) das Modulationssignal (V) führen kann.
  6. 6. Oszillator nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die zeitkonstante (f) des phasenempfindlichen Detektors (PSD) wesentlich länger ist als der Kehrwert der Modulationsfrequenzen (f ).
  7. 7. Oszillator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitkonstante ( γ ) des phasenempfindlichen Detektors (PSD) kürzer ist als der Kehrwert der Modulationsfrequenzen (f ).
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