DE866804C - Elektrischer Schwingungserzeuger - Google Patents

Elektrischer Schwingungserzeuger

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Publication number
DE866804C
DE866804C DES6881D DES0006881D DE866804C DE 866804 C DE866804 C DE 866804C DE S6881 D DES6881 D DE S6881D DE S0006881 D DES0006881 D DE S0006881D DE 866804 C DE866804 C DE 866804C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
crystal
frequency
primary
electrode
short
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Expired
Application number
DES6881D
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Von Dipl-Ing Beckerath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
Publication of DE866804C publication Critical patent/DE866804C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/34Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being vacuum tube

Landscapes

  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

  • Elektrischer Schwingungserzeuger Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schwingungserzeuger mit einem im Rückkopplungsweg liegenden frequenzbestimmenden, vorzugsweise aus Quarz bestehenden Kristall, bei dem mindestens eine der Elektrodenflächen in an sich bekannter weise in zwei oder mehr voneinander isolierte Teile aufgetrennt ist. Der frequenzbestimmende Kristall arbeitet durch die Aufteilung der Elektroden somit gleichzeitig als Übertrager, so daß ein zusätzlicher, phasenumkehrender Transformator nicht mehr notwendig ist. Die `@'irkungmveise eines derartigen Kristalls läßt sich an Hand der Zeichnungen erläutern.
  • Bei dem in Fig. z dargestellten Schema stellt die Fläche z beispielsweise die schwingende Stirnfläche eines Kristallstabes dar. bi bedeutet die Breite der primären Belegung und b2 die der sekundären Belegung, wobei b1 -j- b2 = b. der Gesamtbreite sein soll. cp sei die statische Kapazität der Primärseite des Kristalls, c, die statische Kapazität der Sekundärseite. Mit ck sei die Kopplungskapazität zwischen beiden Belegungen bezeichnet. Der innere Widerstand des Generators sei verschwindend gegenüber den übrigen Scheinwiderständen.
  • Bei einer ebenen Längsschwingung des Kristallstabes verhalten sich die durch den Piezoeffekt auf jeder Belegung entstehenden Ladungen und mithin auch die hochfrequenten Ströme wie die Breiten der Belegungen Das Ersatzbild für den voll belegten Kristall (Index o) besteht bekanntlich aus einer Reihenschaltung der Größen L., Co, Ro, der die statische Kapazität der Belegungen cpo parallel liegt. Diese Größen können aus den Abmessungen des Kristallstabes nach bekannten Formeln berechnet werden: io sei dann der piezoelektrische Kristallstrom des voll belegten Kristalls, wenn er bei der gleichen Frequenz die gleiche Schwingungsamplitude ausführt wie im Falle der unterteilten Belegungen. Um für letzteren Fall die dem voll belegten Kristall entsprechenden Ersatzgrößen L, C, R zu suchen, denken wir uns die Sekundärseite kurzgeschlossen. Dann liegt ck mit cpi parallel und bildet mit dieser zusammen die gesamte Parallelkapazität. Führen wir analog zum Transformator ein Übersetzungsverhältnis ein so wird, da il -I- i2 = io Da die Wirkleistungen in beiden Fällen wegen des gleichen Schwingungszustandes des Kristalls gleich sein müssen, ist Analog gilt und Werden kurzgeschlossene Seite und Generatorseite miteinander vertauscht, so gelten natürlich die gleichen Formeln, wenn für gesetzt wird. Aus diesen Beziehungen ergibt sich das in Fig.2 dargestellte Ersatzbild des Kristallübertragers, wobei, auf den voll belegten Kristall bezogen, zu setzen ist Der gezeichnete Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis ü = - ist als idealer Übertrager aufzufassen mit unendlich fester Kopplung und unendlich hoher Induktivität. Die Polung ergibt sich aus der Tatsache, daß primärer und sekundärer Strom den Kristall stets gleichphasig durchfließen. Die Verhältnisse für beliebige Belastung sind einfach zu übersehen, wenn der sekundäre Belastungswiderstand klein gegenüber der Kopplungsreaktanz ist, also ck = o gesetzt werden kann.
  • Unter dieser einschränkenden Bedingung ist für einen sonst beliebigen Belastungsscheinwiderstand N der primäre Eingangswiderstand einfach gleich der geometrischen Summe der durch L, C, R und ü2 N gegebenen Widerstände, wobei sich nunmehr für L, C und R ergibt R-Ro (1-1-ü)2.
  • Die sekundäre Spannung 232 ist üil K. Dabei enthält SR natürlich die parallel liegende sekundäre Elektroden- und Zuleitungskapazität.
  • Als Übersetzungsverhältnis war bisher das Verhältnis der Breiten der Belegungen bei stabförmigen Kristallen eingeführt oder allgemeiner das Verhältnis von Flächen, die den piezoelektrischen Ladungen proportional sind. Es lassen sich also die abgeleiteten Formeln ohne weiteres auch auf Plattenkristalle, die Dickenschwingungen ausführen, übertragen, soweit vorausgesetzt werden kann, daß die ganze Oberfläche eine Wellenfront darstellt; ü wäre dann das Flächenverhältnis der getrennten Belegungen.
  • Bei den bekannten Schwingungserzeugern mit Kristallübertragern hat man bisher parallel zu den Elektroden Induktivitäten oder Kapazitäten geschaltet. Dabei haben die Gitterwiderstände der z. B. in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnungen im wesentlichen kapazitive Werte, die Kondensatoren zwischen Röhrenanode und dem Rückkopplungsvierpol sind reine Blockkondensatoren. Aus der Arbeit von Watanabe in ENT, Bd. 5, S. 45 (I928), ergibt sich, daß bei der Schaltungsanordnung nach - Fig. 3 der Kristall kapazitiv mit einer tieferen Frequenz als der Resonanzfrequenz schwingt, und daß beiVertauschung der sekundären, Elektroden des Kristallübertragers (in Fig.4 dargestellt) der Kristall induktiv mit einer höheren Frequenz als der Resonanzfrequenz schwingt.
  • Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt, bei der sowohl die primäre als auch die sekundäre Elektrodenkapazität eines im Rückkopplungsweg liegenden Kristallübertragers durch Ohmsche Widerstände kurzgeschlossen ist. Bei einer solchen in Fig.5 dargestellten Schaltung sind die Widerstände R= und R2, die verhältnismäßig klein sind, so gewählt, daß die erzeugte Frequenz von Heiz-, Anodenspannungs- und Kapazitätsänderungen weitgehend unabhängig ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei geeigneter Bemessung infolge der Phasenverschiebung von genau 18o° zwischen Primär- und Sekundärspannung des Kristalls genau die Resonanzfrequenz entsteht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrischen Schwingungserzeuger mit Übertragerkristall eine möglichst geringe Kristalldämpfung zu erzielen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Flächen der getrennten Elektrodenbelegungen, die den piezoelektrischen Ladungen proportional sind, dem gegebenen Verhältnis der die primäre und die sekundäre Elektrodenkapazität kurzschließenden Widerstände entsprechend derart gewählt sind, daß die Gesamtdämpfung im Rückkopplungsweg ein Minimum wird. Auf diese Weise läßt sich trotz Festlegung der Widerstandswerte der parallel geschalteten Widerstände, die im Interesse einer weitgehenden Unabhängigkeit der Frequenz von Heiz-, Anodenspannungs- und Kapazitätsänderungen in bestimmter Weise gewählt werden müssen, eine geringe Gesamtdämpfung erzielen.
  • Die Richtigkeit der zu der Erfindung führenden Überlegungen läßt sich nachweisen, wenn man die Gesamtdämpfung des Schwingkreises im Rückkopplungsweg -&k berechnet. Es ist (alle Werte bezogen auf die Primärseite des Übertragerquarzes). Aus den eingangs gemachten Darlegungen ergibt sich, daß bei Resonanz der primäre Eingangswiderstand R' des in Fig. 5 aus Übertragerquarz und Abschlußwiderstand R2 gebildeten Vierpols gleich ist der Summe aus dem Eingangswiderstand R, des vollbelegten Quarzes, multipliziert mit (i -+- Ü) 2 und dem auf die Primärseite übersetzten Widerstand R" Ü2. Es ist also R' ° R, (_ -i- Ü)2 + R202 Ebenso nimmt die Quarzimpedanz, bezogen auf die Primärseite, den Wert cooLo (i -+- (Y)2 an. Damit wird Das Minimum von z9. erhält man durch Nullsetzen des Differentialquotienten Für einen zulässigen Strom i, des voll belegten Kristalls wird die Gitterspannung am Widerstand R2 Die Wahl des Übersetzungsverhältnisses ü läßt sich nach den jeweiligen besonderen Schaltungsbedingungen errechnen.
  • Der Schwingungserzeuger nach der Erfindung zeichnet sich durch einen außerordentlich einfachen Aufbau aus. Dadurch, daß der Generator mit phasenreiner Rückkopplung arbeitet und der Kristall genau in seiner Resonanzfrequenz schwingt, läßt sich eine besonders große Konstanz der Frequenz erzielen. Die Frequenz ist dabei weitgehend unabhängig von Schwankungen der Betriebsspannungen und reellen Laständerungen.
  • Die Auftrennung der Elektrodenbelegungen kann zweckmäßig bei Quarzkristallen dadurch erfolgen, daß eine Rille parallel zur Längskante eingeschliffen wird. Auf diese Weise entstehen zwei voneinander isolierte Teile. Die Halterung des Kristalls erfolgt in gleichfalls an sich bekannter Weise zweckmäßig derart, daß sie gleichzeitig zur Stromzuführung dient. Der Kristall kann z. B. zwischen drei Kugeln eingespannt sein, wobei die Trennungslinie zwischen den beiden voneinander isolierten, in der Knotenlinie befindlichen Kugeln verläuft.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Elektrischer Schwingungserzeuger mit im Rückkopplungsweg liegendem, frequenzbestimmendem Kristall, bei dem mindestens eine der Elektrodenflächen in zwei oder mehr voneinander isolierte Teile aufgetrennt ist und bei dem sowohl die primäre als auch die sekundäre Elektrodenkapazität durch Ohmsche Widerstände kurzgeschlossen sind, die derart gewählt sind, daß die Frequenz von Heiz-, Anodenspannungs- und Kapazitätsänderungen weitgehend unabhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der getrennten Elektrodenbelegungen, die den piezoelektrischen Ladungen proportional sind, dem gegebenen Verhältnis der die primäre und die sekundäre Elektrodenkapazität kurzschließenden Widerstände entsprechend derart gewählt sind, daß die Gesamtdämpfung im Rückkopplungsweg ein Minimum wird.
DES6881D 1939-04-14 1939-04-15 Elektrischer Schwingungserzeuger Expired DE866804C (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES6881D DE866804C (de) 1939-04-14 1939-04-15 Elektrischer Schwingungserzeuger

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE884280X 1939-04-14
DES6881D DE866804C (de) 1939-04-14 1939-04-15 Elektrischer Schwingungserzeuger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE866804C true DE866804C (de) 1953-02-12

Family

ID=25954026

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DES6881D Expired DE866804C (de) 1939-04-14 1939-04-15 Elektrischer Schwingungserzeuger

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DE (1) DE866804C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421109A (en) * 1967-04-19 1969-01-07 Euphonics Corp Frequency selective amplifier and oscillator circuits employing piezoelectric elements to control frequency

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421109A (en) * 1967-04-19 1969-01-07 Euphonics Corp Frequency selective amplifier and oscillator circuits employing piezoelectric elements to control frequency

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