DE2657122A1 - Oszillatorschaltung - Google Patents
OszillatorschaltungInfo
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Description
Die Erfindung "betrifft eine Oszillatorschaltung Oberbegriff des Hauptanspruchs.
gemäß dem
Im allgemeinen ist der Kopplungsfaktor K eines Quarzkristallschwingers
sehr klein, d.h. er beträgt etwa 10 % bei maximalem Wirkungsgrad. Wenn daher die IC-Technik, d.h. die integrierte
Schaltungstechnik nicht voll ausgenützt ist, ist es nicht möglich, eine stabile Oszillatorschaltung zu erhalten,
falls der erwähnte Wirkungsgrad nicht bis zum Äußersten ausgenützt wird. Bei den bekannten Quarzkristall-Schwingern
nach Art einer Stimmgabel beträgt der Kopplungsfaktor typischerweise 0,04, was nahezu der Grenzwert ist. Demzufolge ist, wie
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nachstehend unter Bezugnahme auf Fig· Λ näher erläutert wird,
die Frequenzänderung abhängig von der Kapazität sehr groß,
wenn der Kopplungsfaktor K groß ist, weshalb auch eine geringe Kapazitätsänderung eine hohe Fre querverschiebung mit sich
bringt, wenn die Kapazität nur geringe Stabilität bzw. Zuverlässigkeit aufweist. Wenn demzufolge der Wert herangezogen
wird, bei dem die Frequenzänderung abhängig von der Kapazität vergleichsweise gering ist, dann wird die Kapazität groß
und der Energieverbrauch wird ebenfalls groß, wodurch die Lebensdauer
der Batterie verkürzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oszillatorschaltung
insbesondere für elektronische Armbanduhren zu schaffen, die eine lange Lebensdauer der Batterie sicherstellt. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs
gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung schafft eine Oszillatorschaltung mit einem
Quarzkristall, inbesondere für elektronische Armbanduhren, wobei der Energieverbrauch durch geeignete Wahl des elektromechanischen
Kopplungsfaktors K maximal reduziert ist und wobei die Kapazität des in der Oszillatorschaltung benützten
Kondensators auf ein Minimum gebracht ist.
Bei der Erfindung wird somit der Kopplungsfaktor gegenüber
dem normalerweise verwendeten Wert auf ein Minimum reduziert, was mit Unterstützung der integrierten Schaltungstechnik erreicht wird. Die Kapazität des Kondensators der
Oszillatorschaltung liegt im kleinsten Bereich, wodurch der Energieverbrauch äußerst stark reduziert wird.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand" von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer
Merkmale beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 das Verhältnis zwischen der Kapazität und der Frequenzänderung
,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Quarzkristall-Schwingers,
Fig. 3 einen Schnittwinkel des Quarzkristalls,
Fig. 4 eine Elektrodenanordnung des Quarzkristalls, und
Fig. 5 das Verhältnis zwischen dem Schnittwinkel θ und dem
Kopplungsfaktor K.
Fig. 1 zeigt das Verhältnis zwischen der Kapazität und der Frequenz und somit der Frequenzänderung, wenn der in Fig.
als variabler Kondensator C gezeigte Kondensator hinsichtlich seiner Kapazität variiert wird. Außerdem zeigt Fig. 1, daß
die Abstimmfähigkeit abhängig vom Kopplungsfaktor des Quarzkristalls unterschiedlich ist. Bei den bekannten Oszillatorschaltungen
wird ein Quarzkristall bzw. Quarzkristallschwinger mit einem Kopplungsfaktor von 0,04 verwendet. Die Frequenzänderung
abhängig von der Kapazität wird demzufolge groß und die Kapazität wird automatisch groß, wenn der Quarzkristall
in einem Bereich benützt wird, in dem die Frequenzänderung
klein ist. Demzufolge wird bei den bekannten Oszillatorschaltungen mit einem Quarzkristall herkömmlicher Art
der Energieverbrauch bzw. Stromverbrauch sehr groß, da der Strom I proportional zu dem Produkt aus f · c · ν ist, wobei
f die Resonanzfrequenz, ν die Spannung und c die Kapazität bedeuten; dies ist jedoch unbefriedigend, da aufgrund
des hohen Energieverbrauchs die Lebensdauer einer Batterie, insbesondere im Beispiel einer Uhr sehr klein wird. Bei der
Erfindung wird zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ein Quarzkristall verwendet, der einen kleinen Kopplungsfaktor K
hat, in^dem die Elektrodenform des Quarzkristalls derart verändert wird, daß die. Frequenzabhängigkeit klein ist und
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gleichzeitig auch der Kapazitätswert klein ist; gemäß der
Erfindung wird die Dimensionierung der Abstimmgabel sowie der Schnittwinkel des Quarzkristalls in geeigneter Weise
gewählt. Der Schnittwinkel des Quarzkristalls in Form
einer Stimmgabel liegt in der CCW-Eichtung, wobei die Mitte durch die Y-Achse gebildet ist, wie dies aus Fig. 3
hervorgeht. Der Schnittwinkel ist in Fig. 5 mit θ bezeichnet. Der in Fig. 4 gezeigte Quarzkristall weist zwei Elektrodenanschlüsse
auf; der Kopplungsfaktor K ist dabei im Bereich zwischen 0,025 und 0,035 gewählt, in^dem ein elektrisches
Feld zwischen die beiden Elektrodenanschlüsse gelegt wird. Je kleiner der Kopplungsfaktor K wird, um so
größer wird der Widerstand R (Fig. 2). Daher ist es nicht möglich, daß der Quarzkristall auch bei Anwendung IC-Technik
selbst schwingt. Bei der heutigen IC-Technik stellt der Kopplungsfaktor K gleich 0,025 einen Minimalwert dar; da
außerdem der Quarzkristall stabil schwingen soll, sollte der Kopplungsfaktor K=0,035 sein. Erfindungsgemäß liegt
somit die Wahl für den Kopplungsfaktor im Bereich zwischen 0,025 und 0,035. Es ist schwierig, einen Quarzkristall von
der Art einer Stimmgabel auf die Grundfrequenz von 32 768 Hz
während des Herstellungsprozesses abzustimmen, insbesondere wenn ein derartiger Quarzkristall in einer Uhr verwendet
wird. Daher wird bei der Erfindung ein Kondensator C in der Oszillatorschaltung zur Feinabstimmung der Frequenz
benutzt. Die Kapazität des Trimmkondensators liegt im Bereich
zwischen 3 pF und 35 pF. Dies bedeutet, daß diese Kapazität durch die Sekundärschwingung des Quarzkristalls
bestimmt wird; die Grundfrequenz des Quarzkristalls von der Art einer Stimmgabel liegt im Schwingbetrieb bei 32 768 Hz
und die Sekundärfrequenz beträgt 180 KHz, d.h. etwa das 6-fache der Grundfrequenz. Demzufolge wird die kleinste
Kapazität des Kondensators C auf 3 pF festgelegt, da die
zweite Betriebs- oder Schwingart auftritt, wenn die Kapazität der Oszillatorschaltung zu klein gewählt ist, während
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als höchste Kapazität 35 Ρ? bestimmt wird, da der Energieoder
Stromverbrauch groß ist, wenn die Kapazität der Oszillatorschaltung zu groß gewählt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung wird somit der Energieverbrauch dadurch reduziert, daß der elektromechanisch^ Kopplungsfaktor K und die Kapazität in geeigneter
Weise ausgewählt werden, wodurch die Lebensdauer
einer Batterie, insbesondere bei einer elektrischen oder elektronischen Uhr erhöht werden kann.
einer Batterie, insbesondere bei einer elektrischen oder elektronischen Uhr erhöht werden kann.
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Claims (2)
- DIPL-PHYS F. ENDLICH υ - so34 unterpfahfenhofen IO.I2.I976PATENTANWALT POSTFACH S/leiPHONETELEGRAMMADRESSE: pATENDUCH „0NCHEN CABLE ADDRESS:DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, D - 8Ο34 UNTERPFAFFENHOFEN, POSTF.TELEX: 52 173ΟMeine Akte: D-4127Kabushiki Kaisha Daini Seikosha Tokyo, JapanPatentansprücheOszillatorschaltung mit einem Quarzkristall, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsfaktor (K) des Quarzkristalls auf den Bereich zwischen 0,025 und 0,035 festgelegt ist und daß der Quarzkristall zwei Elektrodenanschlüsse aufweist.
- 2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trimmkondensator (C) vorgesehen ist.3· Oszillatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Trimmkondensators (C) im Bereich zwischen 3 P# und 35 P*1 liegt·709828/0949
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