DE658709C - Stabilisierter Schwingungskreis - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß ein piezoelektrisches Kristall für Frequenzen nahe seiner Resonanzfrequenz als ein Äquivalent für einen Resonanzkreis, der durch eine Kapazität, eine Induktivität und einen Widerstand, die in Reihe geschaltet sind, gebildet wird, erachtet werden kann. In dem Kristall tritt also das Phänomen der Stromresonanz auf. In der Technik der Piezooscillatoren und piezoelekirischen Filter sind indessen oft mit Hilfe von Kristall stabilisierte Stromkreise erforderlich, die eine Spannungsresonanz besitzen.

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand, einfache Stromkreise herzustellen, die unter Anwendung der Stromresonanz eines Kristalls eine, Spannungsresonanz mit einer Frequenz ermöglichen, die genau der Eigenfrequenz des Kristalls entspricht.

Die Erfindung verwendet zu diesem -Zweck einen Schwingungskreis, der aus einer Kapazität und einer Induktivität in Parallelschaltung sowie einem in Reihe mit der Kapazität oder der Induktivität liegenden piezoelekirischen Kristall besteht, und besteht darin, daß einer der Anschlüsse des Kreises an den Mittelpunkt einer dem Kristall parallel geschalteten Impedanz gelegt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher.erläutert.

Fig. ι der Zeichnung zeigt den einem Kristall gleichwertigen Stromkreis in der Nähe seiner Eigenfrequenz.

Cq, Lq und Rq sind fiktive Größen, die in ihrer Gesamtheit das Schwingsystem des Kristalls darstellen. Cp ist die Kapazität des Kristalls zwischen den Elektroden, die normal sehr niedrige Werte hat und in der Mehrzahl der Fälle vernachlässigt werden- kann.

In Fig. 2 sind Resonanzkurven eines Quarzkristalls in der Nähe der Eigenfrequenz des Kristalls gezeichnet.

Fig. 2a zeigt den Verlauf der Stromamplitude in Funktion der Frequenz, wobei die an die Quarzelektroden angelegte Spannung konstant gehalten ist.

Fig. 2b zeigt den Verlauf der Phase zwischen Strom und Spannung in Funktion der Frequenz.

Aus diesen Kurven entnimmt man, daß bei der Amplitude des höchsten Stroms die Differenz der Phase zwischen Strom und Spannung Null ist. Das Quarz verhält sich also wie ein reiner Ohmscher Widerstand (Rq).

Um eine Spannungsresonanz mit Hilfe eines durch Kristall stabilisierten Kreises zu erhalten, ist es bekannt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, ein Kristall Q in Serie mit einem der Zweige eines Resonanzkreises zu schalten, der sich aus einer Kapazität C und einer In-

duktivität L in Parallelschaltung zueinander zusammensetzt.

Die Kreise dieser Art haben indessen den Nachteil, daß das Kristall, anstatt sich strang auf dem Punkt der Phase O (Fig. 2) zu hg,}-", ten, als eine Induktivität oder eine Kapazität, je nach der induktiven oder kapazitiven Natur der Abzweigung, in die es eingeschaltet ist, zu wirken sucht.

In der Fig. 2 wird sich der Wirkungspunkt je nachdem von O nach L oder C verschieben. Es ergibt sich dann, daß die Wirkungsfrequenz nicht mehr diejenige der Resonanz des Kristalls sein wird, sondern eine wenig erhöhte oder niedrige.

Dieser Nachteil wird im vorliegenden Falle dadurch beseitigt, daß einer der Anschlüsse des Kreises an den Mittelpunkt einer dem Kristall parallel geschalteten Impedanz gelegt ist.

Zu diesem Zweck ist bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform parallel zu dem Kristall ein Widerstand R geschaltet und einer der beiden Anschlüsse des Stroms in dem Mittelpunkt eines solchen Widerstandes angelegt. Man hat nun festgestellt, daß bei einem solchen Kreis die Resonanzfrequenz des stabilisierten Schwingungskreises genau der Eigenfrequenz des Kristalls entspricht und daß sie vollkommen unabhängig von dem Wert des Widerstandes R ist. Außerdem sind die beiden Seiten der Resonanzkurve des Kreises symmetrisch zur Resonanzfrequenz. Man hat auch gefunden, daß sich die Amplitude der Spannung der Resonanz dieses Kreises oder, mit anderen Worten, sein Verhalten gegenüber der Kontrolle durch das Kristall mit den Änderungen des Widerstandes R' ändert und ein Optimum bei dem Wert R =. l/A erreicht.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 ist der Widerstand R durch eine Induktanz L₁ bzw. durch zwei Kondensatoren C₁ und C₂ von gleicher Kapazität ersetzt. Diese beiden Kreise werden eine Resonanzfrequenz haben, die genau derjenigen des Kristalls entsprechen wird. Beim Abstimmen der beiden Kreise wird man jedoch den Werten L₁ bzw. C₁ und C₂ Rechnung tragen.

Im Falle der Fig. y ist der Widerstand R durch einen abgestimmten Stromkreis ersetzt, der durch C₁ und L₁ gebildet wird. Diese Anordnung ist besonders geeignet, wenn man nicht den Wert der Kapazität zwischen den Elektroden Cp vernachlässigen will. In diesem Fall werden die Kreise derart geregelt, daß die Resonanzfrequenz des Kreises, der durch die Induktanz L und die Kapazität C gebildet wird, gleich ist derjenigen des Kreises, der durch die Induktanz L₁ und die Kapazitäten C₁ und Cp in Parallelschaltung gebildet wird. Man kommt auf diese Weise dazu, den Effekt der Kapazität Cp vollkommen auszuschließen, und die Resonanzfrequenz der Anordnung wird genau diejenige sein, die sich aus den fiktiven Werten des Kristalls Lq, Cq und Rq ergibt.

In den Kreisen der Fig. 5 und 7 ist es ganz besonders zweckmäßig, die beiden Zweige der Induktanz L₁, \vie es bei 5 angedeutet ist, eng miteinander zu koppeln. Man erreicht auf diese Weise, daß diese Induktanz keine Impedanz der an die Enden des Kreises angelegten Spannung entgegensetzt; denn die Ströme in den beiden Zweigen heben sich auf, da sie entgegengesetzter Richtung und verkettet sind.

Fig. 8 zeigt eine der Fig. 5 gleichwertige Anordnung. Bei einer solchen Anordnung sind das Kristall und die Impedanz mit dem mittleren Anschluß zusammen durch zwei Kristalle Q₁ und Q₂ ersetzt, die die gleichen Eigenschaften besitzen und deren eines in den induktiven Zweig und deren anderes in den kapazitiven Zweig des Resonanzkreises eingeschaltet ist.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Stabilisierter Schwingungskreis, bestehend aus einer Kapazität und einer Induktivität in Parallelschaltung sowie einem in Reihe mit der Kapazität oder der Induktivität liegenden piezoelektrischen Kristall, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anschlüsse des Kreises an den Mittelpunkt einer dem Kristall parallel geschalteten Impedanz gelegt ist.

2. Schwingungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kristall parallel geschaltete Impedanz ein Widerstand ist. "

3. Schwingungskreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einen Wert 'R = l/A besitzt, wo

L die Gesamtinduktanz und C die Gesamtkapazität entsprechend den beiden Stromzweigen ist, die zum Kristall hingehen. '

4. Schwingungskreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kristallparallel geschaltete Impedanz eine kapazitive Reaktanz ist.

5. Schwingungskreis nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kristall parallel geschaltete Impedanz eine induktive Reaktanz ist.

6. Schwingungskreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweige der induktiven Reaktanz eng miteinander gekoppelt sind.

¹J. Schwingungskreis nach einem der Ansprüche ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kristall parallel geschaltete Impedanz mit der Kapazität des Kristalls zwischen den Elektroden einen auf dieselbe Frequenz wie diejenige des Hauptkreises resonierenden Kreis bildet.

8. Abgeänderter Schwingungskreis nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des einen piezoelektrischen Kristalles zwei Kristalle gleicher Frequenz verwendet sind und der eine Anschluß des Kreises an eine Stelle in einen Punkt zwischen den beiden Kristallen gelegt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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