DE2824655C2 - Oscillator with a resonator made of a ceramic or single-crystal piezoelectric material other than quartz - Google Patents
Oscillator with a resonator made of a ceramic or single-crystal piezoelectric material other than quartzInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Oszillator mit einem Resonator aus einem keramischen oder einkristallförmigen, von Quarz verschiedenen piezoelektrischen Material und mindestens einem mit dem Resonator verbundenen Kondensator.The invention is based on an oscillator with a resonator made of a ceramic or single-crystal piezoelectric material other than quartz and at least one capacitor connected to the resonator.
Bisher wurde üblicherweise bei Oszillatoren ein Quarzresonator verwendet, der bei einer vorbestimmten Frequenz sehr stabil unabhängig von Temperaturänderungen in Resonanz steht. Anders gesagt schwingt ein Oszillator, bei dem ein Quarzresonator verwendet wird, auf verhältnismäßig stabile Weise verglichen mit Oszillatoren, bei denen Induktivitäten und Kapazitäten verwendet werden, und zwar sogar dann, wenn sich die Umgebungstemperatur ändern sollte. Um die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz von der Temperatur des Quarzresonators weiter zu stabilisieren, war es allgemein üblich, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die ein Schaltschema des Oszillators vom üblichen Typ zeigt, Kondensatoren Ca und Cb zu verwenden, die eine geeignete Abhängigkeit der elektrostatischen Kapazität von der Temperatur besitzen. Z. B. haben bei einem Oszillator, der in Fig. 1 gezeigt ist und bei dem ein Quarzresonator Q verwendet wird, die Kondensatoren Ca und Cb im allgemeinen einen Temperaturkoeffizienten der elektrischen Kapazität von ungefähr -5000 bis 200 10-6/°C. Wenn der Quarzresonator Q im Oszillator als schwingendes Element verwendet wird, werden solche Kondensatoren Ca und Cb die Abweichungen der Schwingungsfrequenz korrigieren, die durch Temperaturänderungen verursacht werden.Heretofore, oscillators have conventionally used a quartz resonator which resonates at a predetermined frequency very stably regardless of temperature changes. In other words, an oscillator using a quartz resonator oscillates in a relatively stable manner compared with oscillators using inductors and capacitors, even if the ambient temperature should change. In order to further stabilize the dependence of the oscillation frequency on the temperature of the quartz resonator, it has been common practice, as shown in Fig. 1 which is a circuit diagram of the conventional type oscillator, to use capacitors Ca and Cb which have an appropriate dependence of the electrostatic capacitance on temperature. For example, in an oscillator shown in Fig. 1 using a quartz resonator Q , the capacitors Ca and Cb generally have a temperature coefficient of electrical capacitance of about -5000 to 200 10 -6 /°C. If the quartz resonator Q is used as an oscillating element in the oscillator, such capacitors Ca and Cb will correct the deviations of the oscillation frequency caused by temperature changes.
Ein derartiger Oszillator ist beispielsweise aus der DE-OS 21 39 479 bekannt.Such an oscillator is known, for example, from DE-OS 21 39 479.
Aus der DE-OS 23 63 945 ist es bekannt, den Resonator eines piezoelektrischen Oszillators aus einem von Quarz verschiedenen piezoelektrischem Material aufzubauen, welches bei Temperaturänderungen eine geringe Abweichung der Resonanzfrequenz zeigt.From DE-OS 23 63 945 it is known to construct the resonator of a piezoelectric oscillator from a piezoelectric material other than quartz, which shows a small deviation of the resonance frequency when the temperature changes.
Sogar ein solcher verbesserter Typ eines Resonators, z. B. ein Resonator, der aus einem piezoelektrischen keramischen Material des Bleizirkonat-Titanat-Systems mit Beimischungen eines Materials, das den Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz verkleinert, aufgebaut ist, würde jedoch immer noch einen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität besitzen, der eine Größe von 2000 bis 6000 10-6/°C aufweist. Falls ein solcher Resonator mit einem verhältnismäßig kleinen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz, der daher geeignet ist, in dem Filter und Frequenzdiskriminator als Reaktanzelement verwendet zu werden, bei dem in Fig. 1 gezeigten Oszillator verwendet wird, wird es nicht möglich sein, durch die Kondensatoren Ca und Cb die Änderungen der Schwingungsfrequenz zu korrigieren, die durch die Temperaturänderungen bewirkt werden. Der Grund dafür besteht darin, daß der Temperaturkoeffizient der elektrostatischen Kapazität eines solchen Resonators noch verhältnismäßig groß ist. Wenn die Kondensatoren Ca und Cb einen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität von 0 10-6/°C haben, zeigt die Schwingungsfrequenz des verbesserten Oszillatortyps nachteilige Änderungen bei Temperaturänderungen, wie dies in Fig. 2 graphisch dargestellt ist, in der auf der Abzissen- und Ordinatenachse die Temperatur bzw. die Schwingungsfrequenz aufgetragen ist.However, even such an improved type of resonator, for example a resonator constructed of a piezoelectric ceramic material of the lead zirconate titanate system with admixtures of a material which reduces the temperature coefficient of the resonance frequency, would still have a temperature coefficient of the electrostatic capacitance having a magnitude of 2000 to 6000 10 -6 /°C. If such a resonator having a relatively small temperature coefficient of the resonance frequency, which is therefore suitable for use in the filter and frequency discriminator as a reactance element, is used in the oscillator shown in Fig. 1, it will not be possible to correct by the capacitors Ca and Cb the changes in the oscillation frequency caused by the temperature changes. The reason for this is that the temperature coefficient of the electrostatic capacitance of such a resonator is still relatively large. When the capacitors Ca and Cb have a temperature coefficient of electrostatic capacitance of 0 10 -6 /°C, the oscillation frequency of the improved type oscillator shows adverse changes with temperature changes, as graphically shown in Fig. 2, in which the abscissa and ordinate axes represent temperature and oscillation frequency, respectively.
Zur Vermeidung dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, kostengünstigen Oszillator zu schaffen, der Temperaturschwankungen in seiner Schwingungsfrequenz automatisch korrigiert.To avoid these disadvantages, the invention is based on the object of creating a simple, cost-effective oscillator which automatically corrects temperature fluctuations in its oscillation frequency.
Diese Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Oszillator erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das dielektrische Material des Kondensators das gleiche ist wie das des Resonators und einstückig mit dem dielektrischen Material des Resonators ausgebildet ist.This object is achieved according to the invention in an oscillator mentioned at the outset in that the dielectric material of the capacitor is the same as that of the resonator and is formed integrally with the dielectric material of the resonator.
Es ist zwar aus DE-OS 23 14 420 an sich bekannt, ein piezoelektrisches Element und einen Kondensator auf einer einstückig ausgebildeten Platte aus piezoelektrischem Material herzustellen. Bei dieser Druckschrift dient diese Anordnung aber einem grundsätzlich unterschiedlichem Zwecke, nämlich der platzsparenden und deshalb einstückigen Ausgestaltung eines piezoelektrischen Wandlers, wie z. B. einer Taste, zusammen mit einem RC-Glied zur Entstörung des Wandlers.It is known from DE-OS 23 14 420 to manufacture a piezoelectric element and a capacitor on a one-piece plate made of piezoelectric material. In this publication, however, this arrangement serves a fundamentally different purpose, namely the space-saving and therefore one-piece design of a piezoelectric transducer, such as a key, together with an RC element to suppress interference in the transducer.
Durch die erfindungsgemäße einstückige Ausgestaltung des Resonators mit den Kondensatoren ist mit einfachsten Mitteln sichergestellt, daß die Schwingungsfrequenz des Oszillators nahezu temperaturunabhängig ist.The inventive one-piece design of the resonator with the capacitors ensures with the simplest means that the oscillation frequency of the oscillator is almost temperature independent.
Vorteilhafterweise ist das keramische Material ein Bleizirkonat-Titanat, bzw. das einkristallförmige piezoelektrische Material Lithiumniobat.Advantageously, the ceramic material is a lead zirconate titanate, or the single-crystal piezoelectric material is lithium niobate.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Resonator einen verhältnismäßig kleinen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz auf, der vergleichbar ist mit demjenigen von Quarz. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Resonator einen verhältnismäßig großen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität aufweist, z. B. 2000-6000 10-6/°C. Wegen der einstückigen Ausgestaltung hat dann auch der mit dem Resonator verbundene Kondensator einen verhältnismäßig großen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität. Mit dieser oben beschriebenen Anordnung wird die Änderung der Schwingungsfrequenz, die durch Temperaturänderungen bewirkt wird, mit einfachen Mitteln korrigiert.In an advantageous embodiment of the invention, the resonator has a relatively small temperature coefficient of the resonance frequency, which is comparable to that of quartz. It is also advantageous if the resonator has a relatively large temperature coefficient of the electrostatic capacitance, e.g. 2000-6000 10 -6 /°C. Because of the one-piece design, the capacitor connected to the resonator also has a relatively large temperature coefficient of the electrostatic capacitance. With this arrangement described above, the change in the oscillation frequency caused by temperature changes is corrected using simple means.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren genauer erläutert. Es zeigtIn the following, the invention is explained in more detail using embodiments with reference to the figures. It shows
Fig. 1, auf die bereits Bezug genommen wurde, zeigt ein Schaltschema des vorbekannten Oszillators, Fig. 1, to which reference has already been made, shows a circuit diagram of the previously known oscillator,
Fig. 2, auf die ebenfalls bereits Bezug genommen wurde, zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz von der Temperatur bei einem Oszillator, bei dem ein keramisches oder einkristallförmiges piezoelektrisches Material für den Resonator und Kapazitäten mit einem Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität von 0 10-6/°C verwendet werden, Fig. 2, to which reference has also already been made, shows a graphical representation of the dependence of the oscillation frequency on the temperature in an oscillator in which a ceramic or single-crystal piezoelectric material is used for the resonator and capacitances with a temperature coefficient of the electrostatic capacitance of 0 10 -6 /°C are used,
Fig. 3 ist ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Oszillators, Fig. 3 is a circuit diagram of an embodiment of an oscillator according to the invention,
Fig. 4 zeigt für den in Fig. 3 gezeigten Oszillator die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz von der Temperatur, Fig. 4 shows the dependence of the oscillation frequency on the temperature for the oscillator shown in Fig. 3,
Fig. 5, 6 und 7 zeigen Schaltschemata von weiteren Ausführungsformen des Oszillators, die demjenigen von Fig. 3 ähnlich sind, Fig. 5, 6 and 7 show circuit diagrams of further embodiments of the oscillator similar to that of Fig. 3,
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Elementes, in dem der Resonator und Kondensator miteinander verbunden sind, Fig. 8 is a perspective view of an element in which the resonator and capacitor are connected together,
Fig. 9 zeigt in Draufsicht ein Element, das gegenüber dem in Fig. 8 gezeigten Element geändert ist. Fig. 9 shows a plan view of an element which is modified compared to the element shown in Fig. 8.
In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the drawings, identical parts are provided with identical reference symbols.
In Fig. 3 ist ein Oszillator 2 a gezeigt, der einen Resonator 4 mit einander gegenüberstehenden Elektroden 4 a und 4 b aufweist. Eine Elektrode 4 a des Resonators 4 ist über einen Kondensator C 1 mit Erde verbunden, während die andere Elektrode 4 b über einen Kondensator C 2 mit Erde verbunden ist. Ein Widerstand R 1 ist in Parallelschaltung mit dem Resonator 4 verbunden, und auch ein Verstärker AMP 1 ist mit dem Resonator 4 in Parallelschaltung verbunden. Ein Ausgang des Verstärkers AMP 1 ist über einen anderen Verstärker AMP 2 mit einem Ausgangsanschluß 6 verbunden.In Fig. 3 , an oscillator 2a is shown which has a resonator 4 with opposing electrodes 4a and 4b. One electrode 4a of the resonator 4 is connected to ground via a capacitor C1 , while the other electrode 4b is connected to ground via a capacitor C2 . A resistor R1 is connected in parallel to the resonator 4 , and an amplifier AMP1 is also connected in parallel to the resonator 4. An output of the amplifier AMP1 is connected to an output terminal 6 via another amplifier AMP2 .
Der Resonator 4 ist aus einem von Quarz verschiedenen keramischen oder einkristallförmigen piezoelektrischen Material aufgebaut. Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist der Resonator 4 aus einem keramischen Material dem Bleizirkonat-Titanat aufgebaut, und dem ein Material beigemischt ist, das den Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz verkleinert. Ein solcher Resonator 4 hat einen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität von 2000 bis 6000 10-6/°C.The resonator 4 is made of a ceramic or single-crystal piezoelectric material other than quartz. According to the embodiment shown in Fig. 3, the resonator 4 is made of a ceramic material such as lead zirconate titanate, to which a material is added which reduces the temperature coefficient of the resonance frequency. Such a resonator 4 has a temperature coefficient of the electrostatic capacity of 2000 to 6000 10 -6 /°C.
Allgemein findet man, wenn ein Material verwendet wird, bei dem der oben beschriebene Resonator 4 einen verhältnismäßig kleinen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz und einen verhältnismäßig großen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität hat, daß sich die Schwingungsfrequenz beträchtlich mit Temperaturänderungen ändert. Um solche Änderungen der Schwingungsfrequenz zu beseitigen, werden Kondensatoren C 1 und C 2 verwendet. Jeder dieser Kondensatoren C 1 und C 2 ist aus einander gegenüberstehenden Elektroden und einem zwischen die einander gegenüberstehenden Elektroden eingebrachten dielektrischen Material aufgebaut. Es wurde jedoch herausgefunden, daß durch die Kondensatoren des gewöhnlichen Typs, bei denen ein dielektrisches Material mit einem verhältnismäßig kleinen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität verwendet wird, nicht die Änderungen der Schwingungsfrequenz auf geeignete Weise korrigiert würden, sondern daß durch Kondensatoren, in denen ein dielektrisches Material mit ungefähr dem gleichen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität wie demjenigen des Resonators 4 verwendet wird, die Änderungen der Schwingungsfrequenz auf vorteilhafte Weise verkleinert werden. Z. B. wird bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform dasselbe Material für das dielektrische Material für die Kondensatoren C 1 und C 2 verwendet, aus dem auch der Resonator 4 aufgebaut ist.Generally, when a material is used in which the above-described resonator 4 has a relatively small temperature coefficient of resonance frequency and a relatively large temperature coefficient of electrostatic capacitance, it is found that the oscillation frequency changes considerably with temperature changes. In order to eliminate such changes in the oscillation frequency, capacitors C 1 and C 2 are used. Each of these capacitors C 1 and C 2 is constructed of opposing electrodes and a dielectric material interposed between the opposing electrodes. However, it has been found that the ordinary type capacitors using a dielectric material having a relatively small temperature coefficient of electrostatic capacitance do not properly correct the changes in the oscillation frequency, but that the capacitors using a dielectric material having approximately the same temperature coefficient of electrostatic capacitance as that of the resonator 4 advantageously reduce the changes in the oscillation frequency. For example, in the embodiment shown in Fig. 3, the same material is used for the dielectric material for the capacitors C 1 and C 2 as is used to construct the resonator 4 .
Mit dieser oben beschriebenen Anordnung schwingt der Oszillator 2 a mit einer verhältnismäßig stabilen Schwingunsfrequenz, wenn Temperaturänderungen auftreten, wie dies durch die graphische Darstellung der Fig. 4 gezeigt ist, bei der auf den Abzissen- und Ordinatenachsen die Temperatur bzw. Oszillationsfrequenz aufgetragen sind.With this arrangement described above , the oscillator 2a oscillates at a relatively stable oscillation frequency when temperature changes occur, as shown by the graph of Fig. 4, in which the temperature and oscillation frequency are plotted on the abscissa and ordinate axes, respectively.
Solche stabilen Betriebsbedingungen des Oszillators treten auch dann auf, wenn der Oszillator, wie in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt, anders aufgebaut ist.Such stable operating conditions of the oscillator also occur when the oscillator is constructed differently, as shown in Figs. 5, 6 and 7.
In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform eines Oszillators 2 b gezeigt. Der Oszillator 2 b enthält einen Resonator 8 mit einander gegenüberstehenden Elektroden 8 a und 8 b. Eine Elektrode 8 a ist mit Erde verbunden, während die andere Elektrode 8 b mit einem Verbindungspunkt J 1 zwischen in Serie geschalteten Widerständen R 2 und R 3 verbunden ist. Diese in Serie geschalteten Widerstände R 2 und R 3 sind zwischen einer Spannungsquelle +Vcc und Erde geschaltet. Der Oszillator 2 b enthält weiter einen Transistor T 1, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt J 1 verbunden ist, dessen Emitter über einen Widerstand R 4 mit Erde verbunden ist und dessen Kollektor mit der Spannungsquelle +Vcc über einen Widerstand R 5 verbunden ist. Die in Serie geschalteten Kondensatoren C 3 und C 4 sind zwischen die Basis des Transistors T 1 und Erde geschaltet. Ein Verbindungspunkt J 2 zwischen den Kondensatoren C 3 und C 4 ist mit dem Emitter des Transistors T 1 verbunden. Es sollte festgehalten werden, daß das Material, wie z. B. keramisches Material, das zum Aufbau des Resonators 8 benutzt wurde, auch als dielektrisches Material für die Kondensatoren C 3 und C 4 verwendet wurde. Fig. 5 shows another embodiment of an oscillator 2 b . The oscillator 2 b contains a resonator 8 with opposing electrodes 8 a and 8 b . One electrode 8 a is connected to ground, while the other electrode 8 b is connected to a connection point J 1 between series-connected resistors R 2 and R 3 . These series-connected resistors R 2 and R 3 are connected between a voltage source +Vcc and ground. The oscillator 2 b further contains a transistor T 1 , the base of which is connected to the connection point J 1 , the emitter of which is connected to ground via a resistor R 4 and the collector of which is connected to the voltage source +Vcc via a resistor R 5 . The series-connected capacitors C 3 and C 4 are connected between the base of the transistor T 1 and ground. A connection point J 2 between the capacitors C 3 and C 4 is connected to the emitter of the transistor T 1 . It should be noted that the material, such as ceramic material, used to construct the resonator 8 was also used as the dielectric material for the capacitors C 3 and C 4 .
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Oszillators 2 c gezeigt. Der Oszillator 2 c enthält einen Resonator 10 mit einander gegenüberstehenden Elektroden 10 a und 10 b. Eine Elektrode 10 a des Oszillators 10 ist über einen Kondensator C 5 mit Erde verbunden, während die andere Elektrode 10 b mit dem Kollektor eines Transistors T 2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T 2 ist über einen Widerstand R 6 mit Erde verbunden. Die Basis des Transistors ist mit Erde über einen Widerstand R 7 und auch mit der Spannungsquelle über einen Widerstand R 8 verbunden. Die Basis des Transistors T 2 ist auch mit der einen Elektrode 10 a des Resonators 10 verbunden. Der Oszillator 2 c enthält weiterhin einen Transformator 12 mit einer Primärwindung 12 a und einer Sekundärwindung 12 b. Die Primärwindung 12 a ist zwischen die Elektrode 10 b des Resonators 10und Erde über einen Widerstand R 9 geschaltet und auch über einen Kondensator C 6 verbunden, der durch einen anderen Kondensator C 7 geerdet ist. Es sollte festgestellt werden, daß das Material, z. B. keramisches Material, das zum Aufbau des Resonators 10 benutzt wurde, auch als dielektrisches Material für den Kondensator C 5 benutzt wurde.In Fig. 6, a further embodiment of an oscillator 2 c is shown. The oscillator 2 c contains a resonator 10 with opposing electrodes 10 a and 10 b . One electrode 10 a of the oscillator 10 is connected to ground via a capacitor C 5 , while the other electrode 10 b is connected to the collector of a transistor T 2 . The emitter of the transistor T 2 is connected to ground via a resistor R 6 . The base of the transistor is connected to ground via a resistor R 7 and also to the voltage source through a resistor R 8. The base of the transistor T 2 is also connected to one electrode 10 a of the resonator 10. The oscillator 2 c further comprises a transformer 12 having a primary winding 12 a and a secondary winding 12 b . The primary winding 12 a is connected between the electrode 10 b of the resonator 10 and earth through a resistor R 9 and also connected through a capacitor C 6 which is earthed through another capacitor C 7. It should be noted that the material, e.g. ceramic material, used to construct the resonator 10 was also used as the dielectric material for the capacitor C 5 .
In Fig. 7 ist eine noch andere Ausführungsform eines Oszillators 2 d gezeigt. Der einzige Unterschied zwischen dem Oszillator 2 d, der in Fig. 7 gezeigt ist, und dem in Fig. 6 gezeigten Oszillator 2 c besteht darin, daß der Ort des Kondensators C 5 und der Ort des Resonators 10 miteinander vertauscht sind.In Fig. 7, yet another embodiment of an oscillator 2 d is shown. The only difference between the oscillator 2 d shown in Fig. 7 and the oscillator 2 c shown in Fig. 6 is that the location of the capacitor C 5 and the location of the resonator 10 are interchanged.
Beim Aufbau jeder der oben beschriebenen Oszillatoren können der Kondensator oder die Kondensatoren, die das selbe Material wie der Resonator enthalten, getrennt vom Resonator aufgebaut sein, wie oben beschrieben, oder können zusammen mit dem Resonator in bekannter Weise zusammengesetzt sein, wie dies weiter unten beschrieben wird, um ein Einheitselement zu bilden.In constructing any of the oscillators described above, the capacitor or capacitors comprising the same material as the resonator may be constructed separately from the resonator as described above, or may be assembled together with the resonator in a known manner as described below to form a unitary element.
In Fig. 8 ist ein Einheitselement 14 a gezeigt, das speziell für die Benutzung in den Oszillatoren 2 a und 2 bder Fig. 3 und 5 ausgebildet ist. Das Einheitselement 14 a enthält eine keramische Platte 16, die völlig polarisiert ist, um eine piezoelektrische Platte zu bilden. Ein durch eine unterbrochene Linie umgebener Teil 20 ist auf ihrer einen Oberfläche mit einem metallischen Plättchen 22 a verbunden, das als Elektrode dient. Mit der anderen Oberfläche der keramischen Platte 16 ist ein metallisches Plättchen 22 b verbunden, das dem metallischen Plättchen 22 a gegenübersteht. Auf diese Weise wird ein Resonator mit gefangener Energie oder lokalisierter Energie (trapped energy resonator) zwischen den metallischen Plättchen 22 a und 22 b innerhalb des Teiles 20 gebildet. Teile 24 und 26, die durch unterbrochene Linien umgeben sind, sind auf einer Oberfläche der keramischen Platte 16 mit metallischen Plättchen 28 a und 30 a verbunden; mit der anderen Oberfläche der keramischen Platte 16 sind metallische Plättchen 28 b und 30 b verbunden, die den metallischen Plättchen 28 a bzw. 30 a gegenüberstehen. Um zwischen den metallischen Plättchen 28 a und 28 b innerhalb des Teiles 24 und auch zwischen den metallischen Plättchen 30 a und 30 b innerhalb des Teiles 26 Kondensatoren zu bilden, können die Teile 24 und 26 auf bekannte Weise mit einer mechanischen Dämpfung versehen sein, indem ein härtendes Material wie z. B. Lot oder Kunstharz aufgebracht wird, damit die Teile 24 und 26 unter dem Einfluß des Resonators lokalisierter Energie nicht in Schwingung versetzt werden. Andererseits können diese Teile 24 und 26jedoch auch erhitzt worden sein, um die Polarisation zu entfernen. Es sollte festgehalten werden, daß die keramische Platte 16, die als vollständig polarisiert beschrieben worden ist, auch nur beim Teil 20 teilweise polarisiert werden kann, so daß Kondensatoren in den Teilen 24 und 26 ohne irgendeine mechanische Dämpfung oder ohne irgendeine Wärmebehandlung gebildet werden können. Es sollte bemerkt werden, daß die Abschnitte 24 und 26 mit mechanischer Dämpfung in bekannter Weise durch Löten oder durch Aufbringen eines Kunstharzes versehen werden können, damit die Teile 24 und 26 nicht durch den Einfluß des Resonators lokalisierter Energie in Schwingung versetzt werden.In Fig. 8 there is shown a unit element 14a which is specially designed for use in the oscillators 2a and 2b of Figs . 3 and 5. The unit element 14a comprises a ceramic plate 16 which is fully polarized to form a piezoelectric plate. A portion 20 surrounded by a broken line is bonded on one surface thereof to a metallic plate 22a which serves as an electrode. Bonded to the other surface of the ceramic plate 16 is a metallic plate 22b which faces the metallic plate 22a . In this way , a trapped energy resonator is formed between the metallic plates 22a and 22b within the portion 20 . Parts 24 and 26 , which are surrounded by broken lines, are connected to metal plates 28 a and 30 a on one surface of the ceramic plate 16 ; to the other surface of the ceramic plate 16 are connected metal plates 28 b and 30 b , which face the metal plates 28 a and 30 a respectively. In order to form capacitors between the metal plates 28 a and 28 b within the part 24 and also between the metal plates 30 a and 30 b within the part 26 , the parts 24 and 26 can be provided with mechanical damping in a known manner by applying a hardening material such as solder or synthetic resin so that the parts 24 and 26 do not vibrate under the influence of the resonator's localized energy. On the other hand, however, these parts 24 and 26 can also be heated to remove the polarization. It should be noted that the ceramic plate 16 , which has been described as being fully polarized, may also be partially polarized at only part 20 so that capacitors may be formed in parts 24 and 26 without any mechanical damping or without any heat treatment. It should be noted that the sections 24 and 26 may be provided with mechanical damping in a known manner by soldering or by applying a synthetic resin so that the parts 24 and 26 are not caused to vibrate under the influence of the resonator's localized energy.
Der Resonator mit lokalisierter Energie und die Kondensatoren sind miteinander durch eine geeignete dünne Schicht aus einem metallischen Plättchen auf solche Weise verbunden, daß das metallische Plättchen 22 a mit dem metallischen Plättchen 28 a und darüber hinaus mit einem ersten Anschluß 32, und daß das metallische Plättchen 22 b mit dem metallischen Plättchen 30 b und darüber hinaus mit einem zweiten Anschluß 34, und daß das metallische Plättchen 28 b mit dem metallischen Plättchen 28 b, mit dem metallischen Plättchen 30 a und darüber hinaus mit einem dritten Anschluß 36 verbunden ist.The localized energy resonator and the capacitors are connected to each other by a suitable thin layer of a metallic plate in such a way that the metallic plate 22a is connected to the metallic plate 28a and further to a first terminal 32 , and that the metallic plate 22b is connected to the metallic plate 30b and further to a second terminal 34 , and that the metallic plate 28b is connected to the metallic plate 28b , to the metallic plate 30a and further to a third terminal 36 .
In Fig. 9 ist ein Einheitselement 14 b gezeigt, das eine Modifikation des Einheitselementes 14 a ist, das in Fig. 8 gezeigt ist. Dieses Element ist besonders ausgebildet, um bei den Oszillatoren 2 c und 2 d, die in Fig. 6 und 7 gezeigt sind, Verwendung zu finden. Das Einheitselement 14 b, das in dieser Modifikation gezeigt ist, weist einen Kondensator, der durch die metallischen Plättchen 30 a und 30 b gebildet ist, und den Resonator lokalisierter Energie auf, der durch die metallischen Plättchen 22 a und 22 b gebildet ist. Dieser Kondensator und dieser Resonator lokalisierter Energie sind auf solche Weise verbunden, daß das metallische Plättchen 22 a mit dem ersten Anschluß 32, das metallische Plättchen 30 a mit dem zweiten Anschluß 34 und das metallische Plättchen 22 b mit dem metallischen Plättchen 30 b und darüber hinaus mit dem dritten Anschluß 36 verbunden ist.In Fig. 9 there is shown a unit element 14b which is a modification of the unit element 14a shown in Fig. 8. This element is specially adapted to be used in the oscillators 2c and 2d shown in Figs. 6 and 7. The unit element 14b shown in this modification comprises a capacitor formed by the metallic plates 30a and 30b and the localized energy resonator formed by the metallic plates 22a and 22b . This capacitor and this localized energy resonator are connected in such a way that the metallic plate 22a is connected to the first terminal 32 , the metallic plate 30a is connected to the second terminal 34 and the metallic plate 22b is connected to the metallic plate 30b and further to the third terminal 36 .
Es sollte bemerkt werden, daß das Einheitselement nicht auf die in Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen begrenzt ist; es kann auch eine andere Anordnung verwendet werden, um den Kondensator mit einem Material herzustellen, das ungefähr denselben Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität wie das Material hat, das zur Herstellung des Resonators verwendet ist.It should be noted that the unit element is not limited to the embodiments shown in Figs. 8 and 9; another arrangement may be used to manufacture the capacitor with a material having approximately the same temperature coefficient of electrostatic capacitance as the material used to manufacture the resonator.
Es sollte weiter bemerkt werden, das das keramische Material, von dem gesagt wurde, es sei aus Bleizirkonat-Titanat erhalten, aus anderen keramischen Materialien wie z. B. keramischem Material aus Bariumtitanat oder aus Einkristallen aus Lithiumniobat (LuNbO3) gewonnen werden kann, wobei der Temperaturkoeffizient der elektrostatischen Kapazität 2000 bis 6000 10 -6/°C beträgt.It should be further noted that the ceramic material said to be obtained from lead zirconate titanate can be obtained from other ceramic materials such as barium titanate ceramic material or lithium niobate (LuNbO 3 ) single crystals, where the temperature coefficient of electrostatic capacity is 2000 to 6000 10 -6 /°C.
Bei dem oben beschriebenen Oszillator stabilisiert der Kondensator die Schwingungsfrequenz des Oszillators unabhängig von Temperaturänderungen, da der Kondensator aus einem Material hergestellt ist, das ungefähr den gleichen Temperaturkoeffizienten der elektrostatischen Kapazität wie denjenigen des Materials aufweist, das zur Herstellung des Resonators benutzt wurde.In the oscillator described above, the capacitor stabilizes the oscillation frequency of the oscillator regardless of temperature changes because the capacitor is made of a material that has approximately the same temperature coefficient of electrostatic capacitance as that of the material used to make the resonator.
Es sollte bemerkt werden, daß die metallischen Plättchen 28 a und 28 b entgegengesetzter Polaritäten oder die metallischen Plättchen 30 a und 30 b entgegengesetzter Polaritäten, die als einander gegenüberliegend beschrieben wurden, auf andere Weise angeordnet sein können. Z. B. könnten die metallischen Plättchen unterschiedlicher Polaritäten, die an den entgegengesetzten flachen Oberflächen der keramischen Platte befestigt sind, voneinander abgelenkt werden; auch könnten diese metallischen Plättchen entgegengesetzter Polaritäten mit derselben Oberfläche nahe beieinander verbunden werden. Bei einer weiteren Modifikation kann das keramische Material in Form einer Röhre hergestellt sein, bei der entgegengesetzte Elektroden an entgegengesetzten Enden der Röhre angeordnet sind.It should be noted that the metal plates 28 a and 28 b of opposite polarities or the metal plates 30 a and 30 b of opposite polarities described as facing each other may be arranged in other ways. For example, the metal plates of different polarities attached to the opposite flat surfaces of the ceramic plate could be deflected from each other; also, these metal plates of opposite polarities could be bonded to the same surface close to each other. In a further modification, the ceramic material may be made in the form of a tube, in which opposing electrodes are arranged at opposite ends of the tube.
Es sollte weiter bemerkt werden, daß der Resonator eine andere Anordnung als die des Typs lokalisierter Energie haben kann.It should be further noted that the resonator may have an arrangement other than that of the localized energy type.
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