DE491603C

DE491603C - Circuit with one or more piezoelectric devices

Info

Publication number: DE491603C
Application number: DEI34331D
Authority: DE
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1927-06-07
Filing date: 1928-05-06
Publication date: 1930-02-15
Also published as: FR491603A

Description

Stromkreis mit einer oder mehreren piezoelektrischen Einrichtungen Die Erfindung bezieht sich auf das Auswählen elektrischer Wellen in elektrischen Stromkreisen mittels mechanischer Elemente, die in den Stromkreisen vorhanden sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Mittel zur Ausnutzung der Resonanzschwingungen piezoelektrischer Kristalle.Circuit with one or more piezoelectric devices The invention relates to selecting electrical waves in electrical Circuits by means of mechanical elements that are present in the circuits. In particular, the invention relates to means for utilizing the resonance vibrations piezoelectric crystals.

Es ist bekannt, daß ein elektrischer Stromkreis dadurch für eine bestimmte Frequenz selektiv gemacht werden kann, daß im Stromkreis ein piezoelektrischer Kristall angeordnet wird, dessen Eigenfrequenz (natürliche Frequenz) gleich der Frequenz ist, die ausgewählt werden soll. Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Kristallanordnungen der obengenannten Art eine rein kapazitive Wirkung besitzen, und daß die Resonanzkennlinie dadurch verbessert werden kann, daß die Wirkung dieser Kapazität, die der Kristall auch im Ruhezustande aufweist, kompensiert wird. Die hier als Beispiel beschriebene Ausführungsform der Erfindung enthällt einen Hauptstromkreis, der zwei Zweige aufweist, von welchen der eine den Kristall und der andere ' einen veränderlichen Kondensator enthält. Ein Ausgangsstromkreis ist über einen Transformator mit den beiden Leitungszweigen gekoppelt. Die Primärwicklung dieses Transformators ist geteilt, und jeder Hauptleitungszweig enthält einen Teil der Primärwicklung. Die Kapazitätswirkung des Kristalles, der gewissermaßen . einen nicht selektiven Nebenschluß zu der selektiven Kristallkopplung darstellt, wird durch die Wirkung des veränderlichen Kondensators mit Bezug auf den Ausgangsstromkreis neutralisiert. Die Selektivität einer derartigen Anordnung ist nunmehr nur von der mechanischen Schwingung des Kristalles abhängig. Es können auch mehrere Kristalle mit verschiedenen Schwingungsfrequenzen verwendet werden, wodurch die Uhertragung mehrerer Frequenzen ermöglicht wird.It is known that an electrical circuit thereby for a certain Frequency can be made selectively that in the circuit a piezoelectric crystal is arranged whose natural frequency (natural frequency) is equal to the frequency to be selected. The present invention is based on the finding from the fact that crystal arrangements of the type mentioned above have a purely capacitive effect have, and that the resonance characteristic can be improved in that the The effect of this capacity, which the crystal also has in its resting state, compensates will. The embodiment of the invention described here as an example is contained a main circuit that has two branches, one of which is the crystal and the other 'contains a variable capacitor. An output circuit is coupled to the two line branches via a transformer. The primary winding this transformer is split and each trunk branch contains one part the primary winding. The capacity effect of the crystal, so to speak. a represents non-selective shunt to the selective crystal coupling is by the action of the variable capacitor with respect to the output circuit neutralized. The selectivity of such an arrangement is now only of the mechanical vibration of the crystal dependent. There can also be multiple crystals can be used with different oscillation frequencies, thereby reducing the transmission multiple frequencies is made possible.

Die geschilderte Anordnung kann auch in einem Vakuumröhren-Schwingungserzeuger Anwendung finden und in dem schwingungserzeugenden Rückkopplungsstromkreis angeordnet werden.The described arrangement can also be used in a vacuum tube vibrator Find application and arranged in the oscillation-generating feedback circuit will.

Die Erfindung kann auch in anderen Formen ausgeführt werden.The invention can be embodied in other forms.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.Some embodiments of the invention are in the enclosed Drawings shown.

Abb. i zeigt einen Übertragungsstromkreis gemäß der Erfindung.Fig. I shows a transmission circuit according to the invention.

Abb. 2 zeigt einen Vakuumröhren-Schwingungserzeuger gemäß der Erfindung.Fig. 2 shows a vacuum tube vibrator according to the invention.

Abb. 3 stellt eine geänderte Ausführungsform des Schwingungserzeugers dar.Fig. 3 shows a modified embodiment of the vibrator represent.

Abb. 4. zeigt einen elektrischen Stromkreis, der ein Analogon zu dem in Abb. i dargestellten bildet.Fig. 4. shows an electrical circuit that is an analog of the forms shown in Fig. i.

Abb. 5 zeigt verschiedene Kurven. Der in Abb. i dargestellte Übertragungsstromkreis enthält einen Transformator 5, der eine geteilte Primärwicklung 6, 7 und eine Sekundärwicklung 8 besitzt. In dem Verbindungspunkt zwischen den Wicklungen 6 und 7 ist der eine Leiter g eines Übertragungsstromkreises io angeschlossen. Der andere Leiter ix ist über einen piezoelektrischen Kristall i2 bekannter Art mit der anderen Klemme der Wicklung 6 und über einen veränderlichen Kondensator 13 mit der anderen Klemme der Wicklung 7 verbunden. - Die Sekundärwicklung 8 des Transformators ist an den Stromkreis 14 angeschlossen.Fig. 5 shows various curves. The one shown in Fig. I Transmission circuit includes a transformer 5 which has a split primary winding 6, 7 and a secondary winding 8 has. In the connection point between the windings 6 and 7, one conductor g of a transmission circuit io is connected. Of the other conductor ix is connected via a piezoelectric crystal i2 of known type the other terminal of the winding 6 and via a variable capacitor 13 with the other terminal of the winding 7 is connected. - The secondary winding 8 of the transformer is connected to circuit 14.

Mit Bezug auf die Klemmen des Transformators 5, die mit dem Kristall 12 und dem Kondensator 13 in Verbindung stehen, liegen die Wicklungen 6 und 7 in Reihe und unterstützen einander. Hieraus ergibt sich, daß die Wicklungen 6 und 7, von dem Übertragungsleiter g und den beiden anderen Klemmen aus gesehen, in Parallelschaltung liegen und einander entgegenwirken. Der Kondensator 13 ist derart eingestellt, daß seine Kapazitanz gleich derjenigen des Kristalles i2 im Ruhezustand ist. Mit Ruhezustand wird der Zustand des Kristalles gemeint, während welchem keine mechanischen Schwingungen stattfinden. Unter diesen Verhältnissen und weil die Wicklungen 6 und 7 gleich sind, wird der Strom in den Leitungen g und ii keinen Strom in dem Stromkreis 14 erzeugen, der der ruhenden elektrostatischen Kapazität des Kristalles entspricht. Der Kraftfluß im Transformatorkern, der von der Stromkomponente erzeugt wird, welche die Ruhekapazitanz des Kristalles i2 durch den Kristall 12 und die Wicklung 6 sendet, wird durch den Strom aufgehoben, der durch den Kondensator 13 und die Wicklung 7 fließt.With reference to the terminals of the transformer 5, those with the crystal 12 and capacitor 13 are connected, windings 6 and 7 are in Row and support each other. It follows that the windings 6 and 7, seen from the transmission conductor g and the other two terminals, connected in parallel lie and counteract each other. The capacitor 13 is set so that its capacitance is equal to that of crystal i2 at rest. With hibernation is meant the state of the crystal during which no mechanical vibrations occur. Under these conditions and because windings 6 and 7 are the same, the current in lines g and ii will not generate current in circuit 14, which corresponds to the static electrostatic capacity of the crystal. The power flow in the transformer core, which is generated by the current component, which is the quiescent capacitance of the crystal i2 through the crystal 12 and the winding 6 is transmitted by the Current flowing through the capacitor 13 and the winding 7 is canceled.

Die Anordnung gemäß Abb. i ist in Wirklichkeit eine ausgeglichene Brückenanordnung, in welcher der Kristall 12 den einen und der Kondensator 13 den anderen Arm bildet, wobei die Leitung io mit der Leitung 14 in Verbindung steht. Der Stromkreis, der sich von der Leitung io bis zu der Leitung 14 erstreckt, ist deshalb stark selektiv, und die Frequenzkomponenten des Stromes, die durch den Stromkreis gesandt werden können, sind nur von den mechanischen Schwingungen des Kristalles i2 abhängig.The arrangement according to Fig. I is actually a balanced one Bridge arrangement in which the crystal 12 the one and the capacitor 13 the forms another arm, the line io communicating with the line 14. The circuit extending from line io to line 14 is therefore highly selective, and the frequency components of the current passing through the circuit can only be sent by the mechanical vibrations of the crystal i2 dependent.

In Abb, 2 bildet der stark selektive Stromkreis gemäß Abb. i einen Teil des schwingungserzeugenden Rückkopplungsstromkreises eines Vakuumröhren-Schwingungserzeugers. Die Vakuumröhre 15 erhält ihren Anodenstrom von der Batterie 16 über eine Drosselspule 17, und die Anode der Röhre ist durch den Leiter ii mit dem piezoelektrischen Kristall 12 und mit dem Kondensator 13 verbunden. Die Kathode ist mittels des Leiters 9 an den Verbindungspunkt zwischen den Wicklungen 6 und 7 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 8 des Transformators 5 ist mit dem Eingangsstromkreis der Vakuumröhre 15 verbunden, wobei die eine Klemme mit dem Gitter und die andere Klemme mit der Kathode verbunden ist. Zwischen der Klemme und der Kathode ist eine Batterie 18 angeordnet. Der Heizfaden wird über einen Widerstand 2o von der Batterie ig gespeist. Die Enden der Sekundärwicklung 8 sind mit einem veränderlichen Kondensator 21 verbunden, mittels dessen bestimmt wird, welche Schwingungsfrequenz des Kristalles 12 für die Steuerung der erzeugten Schwingungen verwendet werden soll. Ein Arbeitsstromkreis 22 für den Schwingungserzeuger kann. über den Kondensator 23 mit der Kathode und Anode der Röhre 15 verbunden werden.In Fig. 2, the highly selective circuit according to Fig. I forms part of the vibration-generating feedback circuit of a vacuum tube vibrator. The vacuum tube 15 receives its anode current from the battery 16 through a choke coil 17, and the anode of the tube is connected to the piezoelectric crystal 12 and to the capacitor 13 by the conductor ii. The cathode is connected to the connection point between the windings 6 and 7 by means of the conductor 9. The secondary winding 8 of the transformer 5 is connected to the input circuit of the vacuum tube 15, one terminal being connected to the grid and the other terminal being connected to the cathode. A battery 18 is arranged between the clamp and the cathode. The filament is fed by the battery ig through a resistor 2o. The ends of the secondary winding 8 are connected to a variable capacitor 21, by means of which it is determined which oscillation frequency of the crystal 12 is to be used for the control of the oscillations generated. A working circuit 22 for the vibrator can. be connected to the cathode and anode of the tube 15 via the capacitor 23.

Abb. 3 zeigt einen Schwingungserzeuger, der dem in Abb. 2 dargestellten ähnlich ist, aber mehrere piezoelektrische Kristalle 12 besitzt. Der Kondensator 13 ist derart eingestellt, daß seine Kapazitanz gleich der Kapazitanz sämtlicher Kristalle ist, wenn die Kristalle sich in Ruhezustand befinden. Wenn die Kristalle verschiedene Schwingungsfrequenzen besitzen, so ist es möglich, Wellen mit vielen verschiedenen Frequenzen zu erzeugen.Fig. 3 shows a vibration generator similar to that shown in Fig. 2 is similar but has multiple piezoelectric crystals 12. The condenser 13 is set so that its capacitance is equal to the capacitance of all of them Crystals is when the crystals are at rest. When the crystals have different vibrational frequencies, so it is possible to have waves with many to generate different frequencies.

Zwecks Erklärung der Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist in Abb.4 ein Stromkreis dargestellt, der ein Analogon zu dem in Abb. i gezeigten darstellt. In der Abb. ¢ ist der Kristall durch einen ihm äquivalenten Stromkreis ersetzt, der einen Kondensator C2 enthält, der mit einer Anordnung in Serie liegt, die aus einer Induktanz L, einem Widerstand R und einer Kapazität C in Reihenschaltung besteht und der ein Kondensator Cl parallel geschaltet ist. Die Kapazität C, stellt die elektrostatische Kapazität des Kristalles im Ruhezustand dar, während die Kapazität C2 die Kapazität der Luftzwischenräume zwischen den Elektroden und dem Kristall repräsentiert. Der Kondensator 13 ist derart eingestellt, daß seine Kapazitanz gleich derjenigen der reihenverbundenen Kondensatoren Cl und C2 ist. Bei dieser Anordnung wird der in dem Kern des Transformators 5 strömende Kraftfluß (der von dem durch die Kapazitäten C, und C2 und die Primärwicklung 6 fließenden Strom hervorgerufen wird) durch den Kraftfluß neutralisiert, der von dem durch den Kondensator 13 der Primärwicklung 7 zufließenden Strom hervorgerufen wird.For the purpose of explaining the mode of operation of the arrangement described is in Fig.4 a circuit is shown, which is an analogue to the one shown in Fig. i represents. In Fig. ¢ the crystal is through an equivalent circuit replaces, which contains a capacitor C2, which is in series with an arrangement, made up of an inductance L, a resistor R and a capacitance C in series and a capacitor C1 is connected in parallel. The capacitance C i represents represents the electrostatic capacity of the crystal at rest, while the capacity C2 is the capacity of the air gaps between the electrodes and the crystal represents. The capacitor 13 is set so that its capacitance is the same that of the series-connected capacitors C1 and C2. With this arrangement the power flow flowing in the core of the transformer 5 (that of the through the capacitances C, and C2 and the primary winding 6 caused current flowing is) neutralized by the flow of force from that through the capacitor 13 of the Primary winding 7 flowing current is caused.

In Abb. 5 stellen die Ordinaten den durch die Sekundärwicklung des Transformators fließenden Strom und die Abszissen die Frequenz dar. Es ist klar, daß der Strom, der in der Sekundärwicklung 8 bei einer gegebenen Span- j nung fließt, die durch die Leiter g und ii aufgedrückt wird, ein anderer ist, wenn der Kondensator 13 vorhanden ist, als wenn dieser nicht vorhanden ist. Kurve A in Abb. 5 zeigt, wie der Strom in der Sekundärwicklung 8 des Transformators 5 sich mit der Frequenz des durch die Leiter g und ix fließenden Stromes ändert, wenn der Kondensator 13 nicht vorhanden ist. Kurve B zeigt den Strom in der Sekundärwicklung 8, wenn der Kondensator 13 derart eingestellt ist, daß die Wirkung der Kapazitäten Cl und C2 aufgehoben wird. Die gestrichelte Kurve C zeigt den absoluten Wert des Stromes in der Sekundärwicklung 8, wenn die Kristallschaltung weggelassen ist. Es ist ersichtlich, daß die selektiven Eigenschaften dieses Stromkreises durch den Zusatz des Kondensators 13 stark erhöht werden, indem der Stromkreis wirkt, als ob ein sehr schwach gedämpfter Reihen-Resonanzstromkreis in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators verbunden wäre.In Fig. 5, the ordinates represent the through the secondary winding of the Transformer flowing current and the abscissa represents the frequency. It is clear that the current which flows in the secondary winding 8 at a given voltage, which is pushed through the conductors g and ii, is a different one when the capacitor 13th is present as if it is not present. Curve A in Fig. 5 shows how the current in the secondary winding 8 of the transformer 5 with the frequency of the the current flowing through the conductors g and ix changes when the capacitor 13 is not is available. Curve B shows the current in the secondary winding 8 when the capacitor 13 is set in such a way that the effect of the capacitances C1 and C2 is canceled will. The dashed curve C shows the absolute value of the current in the secondary winding 8 when the crystal circuit is omitted. It can be seen that the selective Properties of this circuit are greatly increased by the addition of the capacitor 13 in that the circuit acts as if a very weakly damped series resonance circuit would be connected in series with the primary winding of the transformer.

Claims

PATENT CLAIMS: x. Circuit with one or more piezoelectric Devices that can selectively transmit energy to a conversion device, characterized in that means are provided for the purely capacitive effect to compensate for the piezoelectric device or the piezoelectric devices and to increase the selectivity thereof.

2. Circuit according to claim i, characterized characterized in that the means for canceling the purely capacitive effect of the device or the devices contain a capacitor whose capacitance is equal to Capacitance of the device or devices mentioned is in the idle state.

3rd circuit according to claims i and 2, for the transmission of energy to a transformer, thereby characterized in that the energy of the primary winding of a transformer is branched through a Connection is supplied, the one branch being one or more piezoelectric Devices contains, while the other branch has a capacitor, its Capacitance. equal to the capacitance of the piezoelectric device or devices is idle. so that by the capacitance of the piezoelectric device transmitted energy does not get into the output circuit of the transformer: q .. circuit according to claim x in a L vacuum tube vibration generator, the one or more piezoelectric devices in the feedback circuit contains, characterized in that the cancellation or compensation means those Prevent the amount of feedback that comes from the capacitance of the piezoelectric Device or devices originates in the idle state. 5. Circuit according to claim 4., characterized in that the feedback circuit is through a transformer according to claim 3 with the input circuit of the vibration generator in connection stands.