DE1188674B - Oszillatorschaltung mit piezoelektrischem Schwingelement - Google Patents

Description

• Oszillatorschaltung mit piezoelektrischem Schwingelement Beim Aufbau sehr frequenzkonstanter Oszillatorschaltungen ist es üblich, in das frequenzbestimmende Netzwerk der Schaltung ein piezoelektrisches Schwingelement, in der Regel einen Quarzkristall einzufügen. Der Quarzkristall wird in der Praxis bevorzugt, weil er von allen piezoelektrischen Materialien die höchste Güte aufweist. Für Schwingfrequenzen über 30 MHz lassen sich Quarzplatten nicht mehr mit erträglichem Aufwand herstellen. Zur Herstellung von Schwingungen mit höherer Frequenz als 30 MHz wird daher entweder die Oszillatorfrequenz in einer oder mehreren der Osziilatorschaltung folgenden Verstärkerstufen vervielfacht oder die Quarzplatte statt in ihrer mechanischen Grundwelle in einer ihrer mechanischen Oberwellen erregt. Die Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung, die von der zuletzt genannten Möglichkeit Gebrauch macht. Eine Anzahl solcher Quarzoberwellen-Oszillatorschaltungen sind beispielsweise in den Funktechnischen Arbeitsblättern (Beilage zur Zeitschrift »Funkschau«) unter der Rubrik Os 82 zusammengestellt. Eine dieser Schaltungen ist in F i g. 1 der Zeichnung als Beispiel angeführt. Den bekannten Schaltungen ist gemeinsam, daß wenigstens ein Resonanzkreis vorgesehen ist, der auf die gewünschte Quarzoberwelle abgestimmt wird. Nur bei oder in der Nähe der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises ist die Schwingbedingung für die Oszillatorschaltung erfüllt.
• Es ist in manchen Anwendungsfällen erwünscht, durch Austausch des Schwingquarzes einen schnellen Frequenzwechsel zu erreichen, so z. B. bei tragbaren Funksprechgeräten. Bei den bekannten Oszillatorschaltungen muß dazu auch der erwähnte Resonanzkreis neu eingestellt oder umgeschaltet werden. Durch die Erfindung ist es möglich, ohne weitere Maßnahmen als den Austausch des Schwingquarzes eine Frequenzänderung des Oszillators über einen weiten, wenn auch nicht unbegrenzten Frequenzbereich zu wirken. Die Erfindung geht aus von einer unter dem Namen »kapazitive Dreipunktschaltung« bekannten Schwingschaltung, in der der Schwingquarz die Stelle der Induktivität einnimmt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser kapazitiven Dreipunktschaltung ein Kondensator des kapazitiven Spannungsteilers durch einen Parallelresonanzkreis ersetzt ist, dessen Resonanzfrequenz tiefer liegt als die Frequenz der in der Oszillatorschaltung angefachten Schwingung.
• Dabei ist es im Prinzip gleichgültig und in der Praxis nur von schaltungstechnischen Gesichtspunkten abhängig, welcher der beiden Kondensatoren des kapazitiven Spannungsteilers durch einen Resonanzkreis ersetzt wird Mit Hilfe der F i g. 2 der Zeich= nung, die ein Ausführungsbeispiel einer Oszillatorschaltung nach der Erfindung darstellt, ist die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Maßnahme leicht einzusehen.
• In F i g. 2 bedeuten Q 1, Q2, Q n Schwingquarze, die zum Zwecke des Frequenzwechsels umgesteckt oder mittels eines geeigneten Schalters umgeschaltet werden. Der im Beispiel eingeschaltete Quarz Q 1 bildet mit einem Kondensator C 1, einer Spule L 1 und einem zweiten Kondensator C2 das frequenzbestimmende Netzwerk einer kapazitiven Dreipunktschaltung, in der der Quarz Q 1 als Induktivität wirkt. V ist ein Verstärkerelement, im Beispiel eine Elektronenröhre. Die zur Zuführung der Betriebsspannungen der -Elektronenröhre an sich erforderlichen Elemente sind fortgelassen, um das Schaltbild zu vereinfachen.
• Der Grundgedanke der Erfindung ist: Die in F i g. 2 gezeigte Schaltung ist nur bei Frequenzen schwingfähig, die oberhalb der Resonanzfrequenz des aus dem Kondensator C 1 und der Spule L 1 gebildeten Schwingkreises liegen, da nur dann der resultierende Blindwiderstand dieses Kreises kapazitiv ist und das Ersatzschaltbild nach F i g. 2 a gilt. Wählt man also die Resonanzfrequenz dieses Kreises so, daß sie zwischen der gewünschten und der nächstniedrigeren Harmonischen der Quarzfrequenz liegt, kann nur die gewünschte Schwingung erregt werden; für die Harmonischen niedrigerer Ordnung ist die Schwingbedingung nicht erfüllt. Es besteht keine Gefahr, daß die Schaltung auf einer höheren Harmonischen als der gewünschten schwingt, da sich stets die Schwingung erregt, für die der Schwingquarz die geringste Dämpfung hat, also die niedrigstmögliche Harmonische. Wie sich die Erfindung bei einer Frequenzumschaltung bewährt, soll an einem Beispiel demonstriert werden.
• Es sei angenommen, daß mit der Schaltung nach F i g. 2 durch Umstecken der Quarze Q 1 bis Q n Schwingungen mit Frequenzen zwischen 45 und 75 MHz erzeugt werden sollen, z. B. die Frequenzen 45, 50, 60 und 75 MHz. Die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises muß dann unter 45 MHz, z. B. bei 40 MHz liegen. Da sich bei Quarzen bekanntermaßen nur die ungeradzahligen Vielfachen der Grundschwingung anregen lassen, also nur die dritte, fünfte, siebente, neunte Harmonische, ergibt sich folgendes Schema für die Auswahl der Schwingquarze:

  Schwingfrequenz Angeregte

  der Oszillator- Quarzgrundfrequenz Quarz-

  schaltung harmonische

  45 MHz entweder 9 MHz fünfte

  oder 15 MHz dritte

  50 MHz entweder 10 MHz fünfte

  oder 16,7 MHz dritte

  60 MHz entweder 12 MHz fünfte

  oder 20 MHz dritte

  75 MHz 25 MHz dritte

  Die Tabelle zeigt, daß bis zur Frequenz 60 MHz die Möglichkeit besteht, entweder einen in der fünften oder einen in der dritten Harmonischen schwingenden Quarz zu verwenden. Es ist leicht zu sehen, daß beispielsweise der Quarz mit der Grundfrequenz 12 MHz in der angegebenen Schaltung nur mit der Frequenz 60 MHz schwingen kann, da die dritte Harmonische der Grundfrequenz, nämlich die Frequenz 36 MHz, unter der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises liegt, dieser aber bei der Frequenz 36 MHz induktiv und damit die ganze Anordnung schwingfähig ist. Die erfindungsgemäße Schaltung schwingt bei geeigneter Auswahl der Schwingqaurze einwandfrei beim Austausch derselben, ohne daß eine Nachstellung eines anderen Bauelementes nötig wäre. Die gleiche Wirkung kann natürlich auch mit einer bekannten Schaltung nach F i g. 1 erzielt werden, wenn dafür gesorgt ist, daß der Schwingkreis Sch genügend breitbandig ist und die Grundwelle sowie die unerwünschten Oberwellen ausreichend gedämpft werden. Dies kann aber bei einem relativ großen Bereich der gewünschten Frequenz nur mit einem mehrkreisigen Filter erreicht werden, so daß die erfindungsgemäße Schaltung wegen ihres äußerst niedrigen Aufwandes vorzuziehen ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Oszillatorschaltung mit piezoelektrischem Schwingelement, bei der die Schwingfrequenz ein Vielfaches der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Schwingelementes ist und bei der das piezoelektrische Schwingelement als Induktivität in einer kapazitiven Dreipunktschaltung wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator des kapazitiven Spannungsteilers durch einen Parallelresonanzkreis ersetzt ist, dessen Resonanzfrequenz tiefer liegt als die Frequenz der angefachten Schwingung.