DE856638C - Kristallgesteuerter Oszillator - Google Patents

Description

• Kristallgesteuerter Oszillator Mit Schwingkristallen kann man in einem weiten Frequenzbereich Oszillatoren hoher Frequenzkonstanz herstellen. Bei niedrigen Frequenzen (Tonlrequenzen) gibt es Kristallschwingungen besonderer Art (Biegungs- und Drillungsschwingungen), bei denen jedoch die Dämpfung größer und die Frequenzkonstanz entsprechend schlechter und außerdem der Temperaturkoeffizient ungünstiger ist. Mit zwei Kristallen hoher Frequenz kann man zwar jede Differenzfrequenz erzeugen, doch ist die Konstanz derselben noch geringer als bei Verwendung niederfrequenter Kristalle. Im folgenden soll diese Aufgabe mit einem einzigen Kristall hoher Frequenz gelöst werden. Die erfindungsgemäße Lösung kann z. B. bei Quarzuhren angewendet werden, um die umständliche Frequenzteilung zu vermeiden. Die Erfindung befaßt sich allgemein mit der Aufgabe, einen kristallgesteuerten Oszillator zu schaffen, mit dem je nach Bedarf wahlweise eine von zwei Frequenzen oder gleichzeitig. zwei Frequenzen erzeugt werden können, in letzterem Falle insbesondere zur Erzielung einer niederfrequenten Differenzfrequenz.
• Die Erfindung besteht darin, daß mittels eines einzigen Kristalles und zwei Parallelschwingungskreisen, deren Resonanzfrequenzen zu beiden Seiten der Reihenresonanzfrequenz des Kristalles in deren näherer Umgebung liegen, gleichzeitig zwei Schwingungen erzeugt werden. Hierbei sind die Schwingungskreise bei Verwendung eines Dreielektrodenkristalles unmittelbar und bei Verwendung eines Zweielektrodenkristalles über je einen großen Blindwiderstand angekoppelt. Zur Rückkopplung dienen zwei über verschiedene Röhren verlaufende Rückkopplungswege unter Beachtung des Vorzeichens der Rückkopplungen. Die Frequenzen der erzeugten Schwingungen liegen bei den beiden Parallelresonanzstellen der Kombination des Kristalles und je eines der beiden Schwingungskreise und zugehörigen Schaltkapazitäten bzw. bei Verwendung eines Zweielektrodenkristalles auch der erwähnten großen Blindwiderstände.
• Nachstehend werden zunächst die Voraussetzungen für die Erfindung an Hand der Abb. Z und 2 und dann die beiden Ausführungsbeispiele nach Abb. 3 und 4 erklärt.
• Bekanntlich besitzt ein Kristall eine Reihen- und eine Parallelresonanzstelle, von denen jede bei Anregung eine konstante Frequenz liefert. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Parallelresonanz des Kristalles ausgenutzt, da sie eine elektrische Resonanzstelle ist, die man auf elektrischem Wege verschieben kann, ohne die mechanische Schwingung des Kristalles zu stören. Wenn man nach Abb. z einen Kristall mit Parallelinduktivität L voraussetzt, erhält man in Abb.2, welche den Blindwiderstandsverlauf Ä der Abb. i in Abhängigkeit von der Frequenz f darstellt, zwei Parallelresonanzfrequenzen J,1 und fp, und eine Reihenresonanzfrequenz f,. Um eine Wirksamkeit der Induktivität L zu erzielen, muß dieselbe mit der Kapazität C eine Resonanzfrequenz in der näheren Umgebung von f, bilden, wobei C sich keinesfalls auf die Eigenkapazität des Kristalles beschränken muß, sondern größer sein kann. Stimmt man den Kreis L, C auf die Reihenresonanzfrequenz f, ab, so können theoretisch beide Frequenzen f p i und f p 2 gleichzeitig schwingen. Der Zustand ist jedoch nicht sehr stabil und ein Umspringen zwischen beiden Frequenzen möglich.
• Zur Erzielung vollkommener Stabilität wird erfindungsgemäß bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.3 ein Dreielektrodenkristall K benutzt, von welchem jeder Teil seinen eigenen Parallelkreis I und 1I erhält' und wobei beide Parallelkreise gegenüber der Frequenz/, entgegengesetzt verstimmt sind. Die Verstimmungen werden zweckmäßig zur Erzielung gleicher Amplituden unter Verwendung gleicher Induktivitäten mittels der Kapazitäten der Parallelkreise erzielt. Durch die Verstimmungen werden beide Parallelresonanzen stabilisiert, während die mechanische Schwingung des Kristalles ungestört bleibt. Bringt man die Schaltteile 1, K, II in Abb. 3 in einer geeigneten Anordnung zum Schwingen, so erhält man zwei benachbarte Frequenzen, die bei den beiden Parallelresonanzstellen der Kombination des Kristalles K und je eines der beiden Schwingungskreise ,I und 1I und zugehöriger Schaltelemente liegen (ähnlich wie in Abb. 2).
• Im Ausführungsbeispiel nach Abb.3 liegt der Schwingungskreis I zusammen mit der linken Hälfte des Kristalles K im Anodenkreis der Röhre :. Von der Anode dieser Röhre r wird über den kleinen Kondensator C3 und die Phasenumkehrröhre U eine Rückkopplung auf das Gitter der Röhre i ausgeübt. In gleicher Weise liegt der Schwingungskreis II zusammen mit der rechten Hälfte des Kristalles K an j der Anode der Röhre 2, von der aus über den kleinen

  Kondensator C4 und die Pliasenumkehrröhre U eine

  Rückkopplung auf das Gitter der Röhre 2 ausgeübt

  wird. Die beiden Schwingungen können über den

  Kondensator C, abgenommen und zur Gewinnung der

  Differenzfrequenz einem Gleichrichter zugeführt

  werden.

  Im Beispiel der Abb.4 ist ein Zweielektroden-

  kristall K verwendet. Er bildet zusammen mit dem

  Schwingungskreis I und der Röhre i die bekannte

  Pierce-Schaltung, bei der der Kondensator Cl zu-

  sätzlich zu der Gitteranodenkapazität der Röhre Z ein-

  geschaltet ist. Die erzeugte Frequenz weicht von der

  Kristallreihenresonanzfrequenz etwas ab, wie bekannt

  ist (Vilbig, Lehrbuch der Hochfrequenztechnik). Um

  nun außerdem eine Schwingung zu erhalten, deren

  Frequenz nach der anderen Seite von der Kristall-

  frequenz abweicht, ist für diese Schwingung außer

  dem nach dieser Seite verstimmten Schwingungs-

  kreis II und der Schwingröhre 2 eine Phasenumkehr-

  röhre U vorgesehen. Diese Röhre U würde fortfallen,

  wenn man an Stelle der Kapazität C2 eine Induktivität

  setzen würde.

  Der Einfluß der Temperaturabhängigkeit ist in

  Abb. 3 und 4 für die beiden von dem Kristall erzeugten

  Frequenzen praktisch gleich groß, so daß die Differenz-

  frequenz annähernd temperaturunabhängig ist. Zur

  Erzielung der bestmöglichen Frequenzkonstanz durch

  den Kristall kann man die Schaltteile so bemessen,

  daß ihr Einfluß klein ist. Die Berechnung ergibt, daß

  die beiden Induktivitäten der Schwingungskreise I

  und II in Abb. 4 und die zurr Kristall parallel liegen-

  den Kapazitäten möglichst klein zu halten sind, und

  zwar möglichst an der Grenze der Schwingfähigkeit

  der Schaltung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kristallgesteuerter Oszillator zur wahlweisen Erzeugung einer von zwei Frequenzen oder zur gleichzeitigen Erzeugung von zwei Frequenzen, insbesondere zur Erzielung einer niederfrequenten Differenzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines einzigen Kristalles (K) und zwei Parallelschwingungükreisen (I, 1I), derer, Resonanz- frequenzen zu beiden Seiten der Reihenresonanz- frequenz des Kristalles in deren näherer Umgebung liegen und die bei Verwendung eines Dreielektroden- kristalles (Abb. 3) unmittelbar und bei Verwendung eines Zweielektrodenkristalles (Abb.4) über je einen großen Blindwiderstand (Cr, C2) angekoppelt sind, unter Verwendung von zwei über verschie- dene Röhren (i, 2) verlaufenden Rückkopplungs- wegen unter Beachtung des Vorzeichens der Rück- kopplungen gleichzeitig zwei Schwingungen er- zeugt werden, deren Frequenzen bei den beiden Parallelresonanzstellen der Kombinationen des Kristalles (K) und je eines der beiden Schwingungs- kreise (I, 1I) und zugehörigen Schaltkapazitäten bzw. auch der großen Blindwiderstände (Cr, liegen. 2. Kristallgesteuerter Oszillator mit Dreielek- trodenkristall nach Anspruch i, dadurch gekenn- zeichnet, daß die beiden Schwingungskreise (I, 1I in Abb. 3) je an die Anode einer Röhre (r, 2) angeschaltet sind, deren Gitter mit der Anode einer Phasenumkehrröhre (U) verbunden sind, deren Gitter ihrerseits über kleine Kapazitäten (C3, C,) mit den Anoden der beiden anderen Röhren (z, 2) verbunden sind. 3. Kristallgesteuerter Oszillator mit Zweielektrodenkristall nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall (K) an die Gitter je einer Röhre (i, 2) angeschaltet ist und daß die Anode der einen Röhre (i) an dem einen Schwingungskreis (1) und die Anode der anderen Röhre (2) über eine Phasenumkehrröhre (U) an dem anderen Schwingungskreis (II) liegt und daß die großen Blindwiderstände, die zur Ankopplung der Schwingungskreise (I, 1I) an den Kristall (K) dienen, kleine Kapazitäten (Ci, C2) sind. 4. Kristallgesteuerter Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schwingungskreis (II) statt über eine kleine Kapazität (C2) über eine große Induktivität an den Kristall (K) angeschaltet ist und daß die Phasenumkehrröhre (U) fortfällt.