DE959927C

DE959927C - Oscillator circuit with frequency stabilization by several electromechanical oscillators acting simultaneously on the generated frequency

Info

Publication number: DE959927C
Application number: DEK22762A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul Kotowski
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1954-07-08
Filing date: 1954-07-08
Publication date: 1957-03-14

Description

Die Frequenzschwankungen einer Oszillatorschaltung mit Frequenzstabilisierung durch einen elektromechanischen Schwinger können sowohl durch Änderungen der Eigenschaften dieses Schwingers als auch des in der Schaltung wirksamen Verstärkers hervorgerufen werden. Beim gegenwärtigen Stande der Technik überwiegen bei weitem die durch den elektromechanischen Schwinger verursachten Fehler. Bekanntlich werden solche Schwinger, beispielsweise Quarzkristalle, häufig in Thermostaten untergebracht, um die durch Temperatureinflüsse hervorgerufenen Änderungen klein zu halten. Den dann noch verbleibenden, auf Schwankungen der Temperatur beruhenden Frequenzschwankungen, welche unregelmäßige Perioden von etwa einer halben Stunde bis zu mehreren Tagen aufweisen, ist meist eine langsamere, gleichsinnig verlaufende Frequenzänderung überlagert, welche beispielsweise bei Quarzkristallen zu höheren Frequenzen führt. Gelegentlich kommen aber auch Frequenzerniedrigungen vor. Diese Erscheinun- at> gen führen dazu, daß nach längerer Betriebszeit der Schwinger aus dem zugelassenen Streubereich herausläuft und ausgewechselt werden muß. Bei für Dauerbetrieb bestimmten Normalfrequenzgeneratoren, beispielsweise bei Quarzuhren, führt dies nicht nur zu einer unerwünschten Unterbrechung für die kurze Zeit des Auswechselvorganges, sondern auch zu einer neuen Einlaufperiode von meist einigen Tagen, eheThe frequency fluctuations of an oscillator circuit with frequency stabilization by a electromechanical transducers can change the properties of this transducer as well also caused by the amplifier effective in the circuit. In the current state the technology by far outweigh the errors caused by the electromechanical oscillator. It is well known that such oscillators, for example quartz crystals, are often housed in thermostats, in order to keep the changes caused by temperature influences small. The remaining frequency fluctuations based on fluctuations in temperature, which are irregular Having periods of about half an hour to several days is usually a slower one, superimposed frequency change running in the same direction, which for example in quartz crystals too higher frequencies. Occasionally, however, frequency reductions also occur. This appearance> gene lead to the fact that after a long period of operation the transducer runs out of the permitted scatter range and needs to be replaced. For normal frequency generators intended for continuous operation, for example With quartz watches, this not only leads to an undesirable interruption for the brief Time of the replacement process, but also to a new running-in period of usually a few days before

ein befriedigendes Arbeiten des Generators wieder erreicht ist.a satisfactory operation of the generator is achieved again.

Es ist bereits bekannt, die Frequenzschwankungen dadurch zu verringern, daß in einer Oszillatorschaltung S eine Mehrzahl η von elektromechanischen Schwingern so angewendet wird, daß alle Schwinger etwa gleichen frequenzbestimmenden Einfluß ausüben, so daß nach einer bekannten Rechenregel der Statistik die Frequenzschwankung, auf --L· sinkt, worin mit Af die It is already known to reduce the frequency fluctuations by using a plurality η of electromechanical oscillators in an oscillator circuit S in such a way that all oscillators exert approximately the same frequency-determining influence, so that according to a known statistical rule, the frequency fluctuation is set to --L · Sinks in what with Af die

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bei Anwendung nur eines Schwingers zu erwartende Frequenzschwankung bezeichnet ist. Die einzelnen Schwinger weisen dabei untereinander im wesentlichen übereinstimmende Resonanzfrequenzen auf. In Abb. ι ist durch ein Kurvenbild dargestellt, wiewhen only one oscillator is used, the frequency fluctuation to be expected is designated. The single ones Oscillators have resonance frequencies that essentially match one another. In Fig. Ι a graph shows how

sich die. relativen Änderungen -~ der Frequenz f the. relative changes - ~ of frequency f

durch Verwendung zweier Quarzresonatoren anstatt eines Resonators verringern lassen. Das Kurvenbildby using two quartz resonators instead of one resonator. The curve image

zeigt den Verlauf dieser Änderungen in Abhängigkeit von der Zeit in Tagen. Die mit »1. Quarz« und »2. Quarz« bezeichneten Kurven zeigen das Verhalten zweier mit je einem einzelnen Quarzresonator ausgerüsteten Schaltungen. Vereinigt man die frequenzbestimmenden Wirkungen beider Quarzresonatoren in einer gemeinsamen Oszillatorschaltung, so erhält man aus dem Zusammenwirken beider Resonatoren eine Verringerung der Frequenzschwankungen aufshows the course of these changes as a function of time in days. The ones with »1. Quartz «and » 2. Curves labeled “quartz” show the behavior of two circuits, each equipped with a single quartz resonator. If the frequency-determining effects of both quartz resonators are combined in a common oscillator circuit, the interaction of the two resonators results in a reduction in frequency fluctuations

= 70% der Schwankung mit jedem Quarz-= 70% of the fluctuation with each quartz

VzVz

resonator allein. Die sich dann ergebende Kurve des Frequenzverlaufes mit der Zeit ist mit unterbrochenen Linien eingezeichnet und mit »resultierende Frequenz« bezeichnet.resonator alone. The resulting curve of the frequency profile over time is also interrupted Lines drawn in and labeled "resulting frequency".

In der deutschen Patentschrift 872 222 ist eine Anordnung beschrieben, in welcher mehrere Quarzkristalle unmittelbar miteinander in Reihe geschaltet sind, um die FrequenzschwankungeB zu verringern. Die aus den Quarzkristallen gebildete Reihenschaltung ist darin über ein transformierendes Kopplungsglied mit der Oszillatorschaltung verbunden. Eine solche Schaltung ist anwendbar, wenn sie nur kurze Zeit, beispielsweise einige Tage, ohne Unterbrechung in Betrieb gehalten zu werden braucht. Man erkennt dann einen übermäßig gealterten Quarz an der höheren Spannung, die an ihm liegt, und. kann ihn in einer Betriebspause auswechseln. Wenn man jedoch in einer für Dauerbetrieb bestimmten Schaltung mit einer Mehrzahl von elektromechanischen Schwingern einen einzelnen in seinen Eigenschaften veränderten Schwinger auswechseln will, ist die erwähnte bekannte Anordnung nicht verwendbar.In the German patent specification 872 222 an arrangement is described in which several quartz crystals are directly connected in series with each other in order to reduce the frequency fluctuation B. The series connection formed from the quartz crystals is therein via a transforming coupling element connected to the oscillator circuit. Such a circuit can be used if it is only used for a short time, for example, needs to be kept in operation for a few days without interruption. One recognises then an excessively aged quartz at the higher voltage that is on it, and. can him in a Replace the break in operation. However, if you are in a circuit designed for continuous operation with a plurality of electromechanical oscillators changed a single one in its properties Want to replace the oscillator, the aforementioned known arrangement cannot be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Oszillatorschaltung mit Frequenzstabilisierung durch mehrere parallel geschaltete, gleichzeitig und je etwa in gleichem Maße auf die erzeugte Frequenz einwirkende elektromechanische Schwinger nahezu ,gleicher Abstimmung, beispielsweise piezoelektrische Kristalle, eine Auswechselbarkeit der einzelnen Schwinger ohne Betriebsunterbrechung zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst; daß die Schwinger in einander parallelen, gleichartigen Schaltungszweigen liegen, welche wenigstens auf einer Seite mit ihren Enden einzeln über je eine zugehörige spannungsteilende Kopplungsanordnung mit dem gemeinsamen Teil der Schaltung in Verbindung stehen.The invention is based on the object in an oscillator circuit with frequency stabilization several connected in parallel, acting simultaneously and each approximately to the same extent on the generated frequency electromechanical oscillators almost identical, for example piezoelectric crystals, to enable interchangeability of the individual transducers without interrupting operation. This task is achieved according to the invention; that the oscillators are in parallel, similar circuit branches, which at least on one side with their ends individually via an associated voltage-dividing coupling arrangement with the common Part of the circuit related.

Es ist zu erwähnen, daß durch die deutsche Patentschrift 458 965 eine Oszillatorschaltung mit mehreren in einander parallelen Schaltungszweigen angeordneten frequenzstabilisierenden Quarzkristallen gleicher Ab-Stimmung bekannt ist. Der Zweck der Verwendung mehrerer parallel zueinander arbeitender Kristalle besteht jedoch bei der bekannten Anordnung in einer Erhöhung der steuerbaren Leistung. Die bekannte Anordnung weist auch kein entkoppelndes Netz für die Anschlüsse der einzelnen parallelen Schaltungszweige auf, so daß eine Auswechslung einzelner Kristalle ohne Störung des Betriebes nicht möglich ist. Die in die Schaltungszweige der einzelnen Kristalle in Reihe mit diesen eingeschalteten Spulen dienen dabei nur zur Abstimmung auf übereinstimmende Resonanzfrequenzen. It should be noted that by the German patent specification 458 965 an oscillator circuit with several circuit branches arranged in parallel to one another frequency-stabilizing quartz crystals of the same down-tuning is known. The purpose of use several crystals working parallel to one another, however, exist in the known arrangement in one Increase in taxable power. The known arrangement also has no decoupling network for the Connections of the individual parallel circuit branches, so that an exchange of individual crystals is not possible without disrupting operations. The in the circuit branches of the individual crystals in series with these switched-on coils only serve to match the resonance frequencies.

In Abb. 2 ist das Schaltbild der wesentlichen Teile einer nach der Erfindung ausgebildeten Oszillatoranordnung dargestellt. Die Quarzkristalle K₁, K₂... K_n liegen in einander parallelen Schaltungszweigen. Die Elektroden der Kristalle sind auf der einen Seite miteinander und mit dem oberen Anschluß des Kopplungswiderstandes r_k sowie mit dem Steuergitter der Eingangsröhre einer Verstärkerkaskade verbunden. Mit jedem der Kristalle sind innerhalb des zugehörigen Schaltungszweiges einer der Kondensatoren C₁, C₂... C_n und eine der Spulen L₁, Z₂... L_n in Reihe geschaltet. Diese Kondensatoren und Spulen dienen als Abstimmittel für die einzelnen Zweige. Jeder Zweig ist über einen dem Zweig zugehörigen Trennkondensator mit dem Abgriffpunkt eines eigenen Spannungsteilers verbunden. Die einzelnen Spannungsteiler sind aus den Widerstandspaaren r_v R₁; r₂, R₂;... r_n, R_n zusammengesetzt und auf ihrer einen Seite mit der Anode der Ausgangsröhre der Verstärkerkaskade verbunden. Die den einzelnen die Kristalle enthaltenden Schaltungszweigen zugeführten Teilspannungen sind also gegenüber der vollen Ausgangswechselspannung des Verstärkers um die FaktorenIn Fig. 2 the circuit diagram of the essential parts of an oscillator arrangement designed according to the invention is shown. The quartz crystals K ₁ , K ₂ ... K _n lie in parallel circuit branches. The electrodes of the crystals are connected to one another on one side and to the upper connection of the coupling resistor r _k and to the control grid of the input tube of an amplifier cascade. _{One of the capacitors C 1} , C ₂ ... C _n and one of the coils L ₁ , Z ₂ ... L _{n are connected} in series with each of the crystals within the associated circuit branch. These capacitors and coils serve as tuning means for the individual branches. Each branch is connected to the tap point of its own voltage divider via an isolating capacitor belonging to the branch. The individual voltage dividers are made up of the resistor pairs r _v R ₁ ; r ₂ , R ₂ ; ... r _n , R _n and connected on one side to the anode of the output tube of the amplifier cascade. The partial voltages supplied to the individual circuit branches containing the crystals are therefore around the factors compared to the full AC output voltage of the amplifier

_.' -R₈+ r₂ R_n + r_n _. ' -R ₈ + r ₂ R _n + r _n

verkleinert. Lediglich der Kopplungswiderstand r_Ä und die Verstärkerröhren sind den einzelnen Kristallzweigen gemeinsam. Jeder Quarzkristall in einem der einander parallelen Schaltungszweige der Anzahl η kann auch durch eine Mehrzahl m miteinander in Reihe geschalteter Kristalle ersetzt werden. Es ergibt sich dann eine Oszillatorschaltung, in welcher η · in Kristalle frequenzkontrollierend wirksam sind. Die Frequenzänderungen werden dadurch auf den Wertscaled down. Only the coupling resistance r _Ä and the amplifier tubes are common to the individual crystal branches. Each quartz crystal in one of the parallel circuit branches of the number η can also be replaced by a plurality of m crystals connected in series. This then results in an oscillator circuit in which η · in crystals are effective in a frequency-controlling manner. The frequency changes are thereby reduced to the value

verringert.decreased.

Bei einer Oszillatorschaltung für Dauerbetrieb ist iao es erwünscht, außer den elektromechanischen Schwingern auch einzelne Röhren oder andere Bauelemente oder sogar ganze Verstärker ohne Betriebsunterbrechung auswechseln zu können. Dies kann dadurch ermöglicht werden, daß der den elektromechanischen Schwingern gemeinsame Schaltungsteil in an sich be-In the case of an oscillator circuit for continuous operation, iao apart from the electromechanical oscillators, it is also desirable to have individual tubes or other components or even be able to replace entire amplifiers without interrupting operation. This can be done by be made possible that the circuit part common to the electromechanical oscillators in itself

kannter Weise ebenfalls in mehrere einander parallele, gleichartige Anordnungen aufgelöst ist, von denen jede einen Verstärker enthält.is also resolved, as is known, into several parallel, similar arrangements, of which each contains an amplifier.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht nur bei Schaltungen möglich, welche Quarzkristalle als elektromechanische Schwinger enthalten. Auch mit Turmalinkristallen und künstlich gezüchteten weinsauren Kristallen lassen sich Schaltungen mit den gleichen Vorteilen aufbauen. Besonders gilt dies für Schaltungen mit Ausnutzung der Längsresonanz, da der Innenwiderstand der Kristalle dabei so geringe Werte annimmt, daß Parallelkapazitäten nur geringen Einfluß haben. Auch auf Schaltungen mit Stimmgabel- und Zungenresonatoren läßt sich die Erfindung anwenden.The application of the invention is not only possible with circuits which quartz crystals as electromechanical Transducer included. Also with tourmaline crystals and artificially grown tartaric acids Crystals can be used to build circuits with the same advantages. This is especially true for circuits with utilization of the longitudinal resonance, since the internal resistance of the crystals takes on such low values, that parallel capacities have little influence. Also on circuits with tuning fork and Tongue resonators can use the invention.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Oscillator circuit with frequency stabilization by several parallel-connected electromechanical oscillators of the same tuning, for example piezoelectric crystals, which are connected in parallel and each act to the same extent on the generated frequency, characterized in that the oscillators (K ₁ ... K _n ) are in parallel, similar circuit branches lie, which are connected at least on one side with their ends individually via an associated voltage-dividing coupling arrangement with the common part of the circuit.

_{2. A circuit according to claim i, characterized in that tuning means (C 1} , L ₁ ) associated with the electromechanical oscillators are provided in the individual said circuit branches of the same type.

3. Circuit according to claim 1, characterized in that that the voltage-dividing coupling device for each of the parallel circuit branches by the series connection of two Ohmic resistors are formed, which the output voltage of a circuit stage of the common Circuit part supplied and at its intermediate point the voltage for the associated Circuit branch is tapped.

4. Circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the individual parallel circuit branches each have a plurality of electromechanical oscillators in electrical Series connection is arranged.

5. A circuit according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that the common circuit part is also resolved in a manner known per se into several parallel, similar arrangements, of de:; en each an amplifier (F ₁ ... F ₄ ) contains.

Considered publications:
German patent specifications No. 872 222, 458 965.

1 sheet of drawings