DE526098C

DE526098C - Tube transmitter controlled by piezo crystals

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Publication number: DE526098C
Application number: DESCH80591D
Authority: DE
Original assignee: KURT HOFFMANN DR; GUENTHER LUBSZYNSKI
Current assignee: KURT HOFFMANN DR; GUENTHER LUBSZYNSKI
Priority date: 1926-11-02
Filing date: 1926-11-02
Publication date: 1931-06-01

Description

Der Zweck der Schwingungserzeugung mit Hilfe von piezoelektrischen Kristallen in Verbindung mit Elektronenröhren ist die Erzielung von Wellenkonstanz. Bei den bisher bekannten Schaltungen stimmt jedoch die erzeugte Frequenz nicht genau überein mit der Eigenfrequenz des Kristalls, d. h. die Röhrenanordnung schwingt im allgemeinen mit einer Welle, die um einige Perioden von der Kristallfrequenz abweicht. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß bei vielen bekannten Schaltungen außer dem Kristall, den man als Schwingungskreis auffassen kann, noch ein zweiter die Welle beeinflussender Schwingungskreis im Schaltgebilde vorhanden ist. Bei vielen bekannten Schaltungen wird die sich ergebende resultierende Frequenz infolge der immer vorhandenen Kopplung von Kristall und Schwingungskreis von der Kristallwelle abweichen müssen.The purpose of generating vibrations with the help of piezoelectric crystals in Connection with electron tubes is the achievement of wave constancy. With the so far known circuits, however, does not exactly match the generated frequency with the Natural frequency of the crystal, d. H. the tube assembly generally resonates a wave that deviates from the crystal frequency by a few periods. The reason for this can be seen in the fact that in many known circuits besides the crystal that one can be understood as an oscillating circuit, a second oscillating circuit influencing the wave is present in the circuit structure. In many known circuits, the resulting resulting frequency is owing to the always existing coupling of crystal and oscillation circle of the crystal wave must deviate.

Allgemein kann man sagen, daß die erzeugte Frequenz von der Kristallfrequenz immer dann abweicht, wenn die Phase der erzeugten Gitterspannung nicht genau um i8o° verschoben ist gegenüber der Anodenspannung. Unter solchen Umständen kommt die Anordnung zwar zum Schwingen, weil es ja genügt, wenn eine Komponente der Spannung um i8o° gegenüber der Anodenspannung verschoben ist, aber, wie erwähnt, ist das Ursache zu einer Verschiebung der Wellenlänge. Um solche phasenrichtige Gitterspannung zu erzielen, ist es notwendig, daß dem Kristall eine um 90⁰ gegen die gewollte Gitterspannung verschobene Spannung zugeführt wird, d. h. die den Kristall erregende Spannung muß gegenüber der Anoden wechselspannung um 90 ° verschoben sein. Als Folge hiervon treten am Kristall, um weitere 90 ° verschoben, piezoelektrische Spannungen auf, so daß die wirksame Gitterspannung gegenüber der Anodenspannung um 180° verschoben ist.In general it can be said that the frequency generated deviates from the crystal frequency whenever the phase of the grid voltage generated is not exactly shifted by 180 ° with respect to the anode voltage. Under such circumstances the arrangement does vibrate because it is sufficient if one component of the voltage is shifted by 180 ° with respect to the anode voltage, but, as mentioned, this is the cause of a shift in the wavelength. To such in-phase grid voltage to achieve, it is necessary that the crystal is supplied with a 90 ⁰ shifted against the intended grid voltage stress, that is, the crystal-causing voltage has opposite the anodes on the AC voltage may be shifted by 90 °. As a result, piezoelectric voltages occur on the crystal, shifted by a further 90 °, so that the effective grid voltage is shifted by 180 ° with respect to the anode voltage.

Eine Schaltweise, bei welcher eine Schwin gungsröhre in Verbindung mit einem Kristall benutzt wird und bei der die erregende Gitterspannung phasenrichtig, d. h. um i8o° gegenüber der Anodenspannung verschoben, entsteht und bei der ferner ein abgestimmter Schwingungskreis (Schwungradkreis) nicht verwendet wird, durch dessen geringe Verstimmung wesentliche Zustandsänderungen entstehen können, ist in Fig. 1 dargestellt.A circuit in which a vibrating tube in connection with a crystal is used and in which the exciting grid voltage is in phase, i. H. by 180 ° shifted in relation to the anode voltage, arises and furthermore a coordinated Oscillation circuit (flywheel circuit) is not used due to its slight detuning significant changes in state can occur is shown in FIG. 1.

Es ist ι die Schwingungsröhre, zwischen deren Gitter und Kathode einerseits der Kristall 2 und andererseits die Selbstinduktion 3 liegt. Diese ist induktiv gekoppelt mit der Selbstinduktion 4, die in Serie mit dem Drehkondensator 5 und gegebenenfalls mit einer zweiten Selbstinduktion 6 parallel zu Anode-Kathode der Röhre 1 liegt. Die Stromquelle 7 mit dem Serienwiderstand 8 liegt ebenfalls parallel zu Anode-Kathode der Röhre. Befindet sich eine solche Anordnung in schwingendem Zustand, so fließt von der Stromquelle 7 über den Widerstand 8 der Röhre der Speisegleichstrom zu. Der Anodenwechselstrom verläuft parallel über die Kopplungsspule 4, den Drehkondensator 5 und gegebenenfalls die Selbstinduktion 6. DieserIt is ι the vibration tube, between its grid and cathode on the one hand the crystal 2 and on the other hand the self-induction 3 is. This is inductively coupled with the Self-induction 4 in series with the variable capacitor 5 and optionally with a second self-induction 6 is parallel to the anode-cathode of the tube 1. The power source 7 with the series resistor 8 is also parallel to the anode-cathode of the tube. Located If such an arrangement is in an oscillating state, then flows from the current source 7 the supply direct current to the tube via the resistor 8. The anode alternating current runs in parallel across the coupling coil 4, the variable capacitor 5 and optionally self-induction 6. This

Zweig, bestehend aus .4, 5, 6, ist als Seriengebilde aufzufassen und mit Hilfe des Drehkondensators auf die Schwingungsfrequenz abzustimmen. In die Spule 3 wird von 4 aus eine Spannung induziert, die den Kristall 2 erregt, dessen um 90 ° verschobene piezoelektrische Spannungen auf das Gitter der Röhre 1 wirken. Es ergibt sich, daß' diese piezoelektrischen Spannungen um i8o° gegenüber dem durchdieRöhrefließendenAnodenwechselstrom verschoben sind. Da der Wechselstromwiderstand des abgestimmten Seriengebildes 4, 5, 6 außerordentlich klein ist, ist auch die sich an Anode und Kathode der Röhre ausbildende Wechselspannung sehr gering, und deshalb kommt eine ungewollte phasenfalsche kapazitive Rückkopplung über die innere Röhrenkapazität nicht in Frage. Durch die in der Fig. ι punktiert gezeichnete Neutrodynschaltung kann im Prinzip ein Rest fehlerhafter Rückkopplung über die innere Röhrenkapazität vermieden werden.Branch, consisting of .4, 5, 6, is a series structure and to adjust it to the oscillation frequency with the help of the variable capacitor. In the coil 3 is from 4 induces a voltage that excites the crystal 2, its 90 ° shifted piezoelectric Tensions act on the grid of the tube 1. It turns out that 'these piezoelectric Voltages around 180 ° compared to the anode alternating current flowing through the tube are shifted. Since the alternating current resistance of the matched series structure 4, 5, 6 is extraordinarily small, so is the one that forms on the anode and cathode of the tube AC voltage is very low, which is why there is an unwanted out-of-phase capacitive Feedback via the inner tube capacitance is out of the question. By the neutrodyne circuit shown in dotted lines in FIG can in principle be a residual faulty feedback via the inner tube capacitance be avoided.

Die Überlegung ergibt, und die Versuche haben es bestätigt, daß eine Schaltweise ebenso brauchbar ist wie die in Fig. 1 dargestellte, wenn der Kristall 2 nicht parallel zu der Spule 3 bzw. dem Gitter und Kathode der Röhre 1 liegt, sondern wenn der Kristall in Serie mit der Spule 3 und dem Gitter und Kathode der Schwingungsröhre liegt, also wenn der Kristall 2 direkt in die Gitterleitung oder in die Kathodenleitung eingeschaltet ist. Hierdurch wird die Phase der auf Gitter-Kathode wirkenden piezoelektrischen Kräfte nicht geändert. Die Anordnung arbeitet in diesem Zustande besser. Ursache hierfür ist, daß der Kristall infolge des erheblich größeren, an seinen Klemmen liegenden Widerstandes weniger gedämpft ist, als wenn er parallel zur Spule 3 Hegt.The consideration results, and the tests have confirmed it, that a switching mode is just as useful as that shown in Fig. 1 when the crystal 2 is not parallel to the coil 3 or the grid and cathode of the tube 1, but when the crystal is in series with the coil 3 and the grid and cathode of the vibration tube, so when the crystal 2 is switched directly into the grid line or into the cathode line. This determines the phase of the piezoelectric forces acting on the grid cathode not changed. The arrangement works better in this condition. Reason for this is that the crystal as a result of the considerably larger one lying on its terminals Resistance is less damped than when it lies parallel to the coil 3.

Das gleiche Resultat wie mit der Serienschaltung des Kristalls läßt sich erzielen, wenn man zwischen Kristall und Erregerquelle oder zwischen Kristall und denjenigen Teilen, auf welche die am Kristall erregte Spannung wirken soll, einen sehr kleinen Kondensator einschaltet. Der innere Widerstand des in Schwingung befindlichen Kristalls ist nämlich sehr groß gegenüber demjenigen Element, welches als Energiequelle für den Kristall anzusehen ist. Sitzt vor dem Kristall jetzt ein sehr kleiner Kondensator, so spielt der immerhin noch kleine Widerstand des Kondensators gegenüber dem großen Widerstand des Kristalls keine Rolle, d. h. es tritt in bezug auf die Erregung des Kristalls kein merklicher Spannungsabfall im vorgeschalteten Kondensator ein. Wohl aber tritt ein großer Spannungsabfall ein in bezug auf dasjenige Glied, welches hinter dem Kristall angeschlossen ist, um von ihm erregt zu werden, so daß das zu erregende Gebilde eben nur die Spannung der piezoelektrischen Kräfte des Kristalls und nicht etwa direkt Spannung von der Kristallerregerquelle bekommt. Die Verhältnisse liegen ganz ähnlich, wenn der kleine Kondensator nicht vor, sondern hinter dem Kristall angeordnet ist. Gleichwertig der Einschaltung eines Vorschaltkondensators in die Zu- oder Ableitung vom Kristall ist natürlich auch die Einschaltung einer Selbstinduktion oder eines Ohrnschen Widerstandes von entsprechender Größe. An Stelle der Einschaltung eines Kondensators in die Zuleitung kann natürlich auch die Belegung von der Kristalloberfläche selbst mehr oder weniger weit entfernt sein.The same result as with the series connection of the crystal can be achieved, when one is between crystal and source of excitation or between crystal and those Parts on which the voltage excited at the crystal is supposed to act, a very small one Capacitor switches on. The internal resistance of the vibrating crystal is namely very large compared to that element, which is used as an energy source is to be considered for the crystal. If there is now a very small capacitor in front of the crystal, so the still small resistance of the capacitor compared to the large resistance of the crystal does not matter, d. H. there is no noticeable voltage drop in the excitation of the crystal upstream capacitor. However, there is a large drop in voltage in relation to this on that limb which is connected behind the crystal in order to be excited by it so that the structure to be excited is only the voltage of the piezoelectric Forces of the crystal and not directly voltage from the crystal excitation source. The situation is very similar if the small capacitor is not arranged in front of the crystal, but behind it. Equivalent to the connection of a series capacitor in the supply or discharge line of the crystal is of course also the inclusion of a self-induction or an ear Resistance of appropriate size. Instead of switching on a capacitor The supply line can, of course, also contain the covering of the crystal surface itself be more or less far away.

Eine andere Schaltung, die ebenfalls zu brauchbaren Schwingungserzeugungen führt, bei phasenreiner Rückkopplung ist folgende:Another circuit, which also leads to usable oscillations, with phase-pure feedback the following is:

In Fig. 2 ist eine Schaltung gezeigt, bei welcher in die Gitterleitung der Kristall 13 gelegt ist. Die Stromquelle 14 kann hierbei in die Kathodenleitung oder, wie punktiert angedeutet, in die Anodenleitung gelegt werden. Im ersteren Falle steht der Kristall unter einer Gleichspannung; im zweiten Falle wirkt die Gleichspannung nicht auf den Kristall. Parallel zu Gitter-Kathode der Röhre ist ein Ableitewiderstand 15 vorzusehen. Ist der Schwingungskreis 16 auf die zu erzeugende Schwingung, die Kristalleigenschwingung, abgestimmt, so ist die Rückkopplungsphase falsch. Verkleinert man aber die Eigenwelle des Kreises 16, so daß der Kreis selbst eine Selbstinduktion darstellt, dann ist die Rückkopplungsphase richtig. Diese Schaltung ist namentlich bei der Durchführung von Versuchen deshalb angenehm, weil ganz in der Nähe der Abstimmung das Einsetzen der Kristallschwingung besonders leicht erfolgt. Zum Betrieb muß man aber, um Rückwirkungsfreiheit und Frequenzkonstanz bei sonstigen Veränderungen zu erhalten, weit von der Abstimmung arbeiten.FIG. 2 shows a circuit in which the crystal 13 is laid. The current source 14 can be in the cathode line or, as shown in dotted lines indicated to be placed in the anode lead. In the former case the crystal stands under a DC voltage; in the second case the DC voltage does not act on the crystal. A discharge resistor 15 is to be provided parallel to the grid cathode of the tube. is the oscillation circuit 16 on the oscillation to be generated, the natural crystal oscillation, matched, the feedback phase is wrong. But if you reduce the eigenwave of the circle 16, so that the circle itself represents a self-induction, then the feedback phase is correct. This circuit is particularly pleasant when carrying out experiments because it is completely in the onset of crystal oscillation occurs particularly easily in the vicinity of the vote. To operate, however, you have to ensure freedom from interference and frequency constancy for others To get changes, work far from voting.

Die Schaltung kann im Prinzip ebensogut mit kapazitiver Spannungsteilung ausgeführt sein.In principle, the circuit can just as well be implemented with capacitive voltage division be.

Auch bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltweise ist es im Prinzip möglich, den Kristall xio anstatt in Serie mit dem Gitter parallel zu Gitter-Kathode zu legen und außerdem noch an die ursprüngliche Stelle des Kristalls einen kleinen Kondensator, eine Selbstinduktion oder einen Widerstand zu schalten. Ebenso ist es im Prinzip zulässig, den Kondensator des Abstimmungskreises 16 überhaupt fortzulassen, da ja der Kreis sowieso im Arbeitszustande eine Selbstinduktion darstellen soll. Nur erfolgt dann das Einsetzen der Kristallschwingung etwas schwieriger. Will man die etwa noch vorhandene Rückkopplung überEven with the circuit shown in Fig. 2, it is in principle possible to use the crystal xio instead of laying in series with the grid parallel to the grid cathode and moreover in the original place of the crystal a small capacitor, a self-induction or to switch a resistor. In principle, it is also permissible to use the capacitor of the Voting group 16 should be omitted at all, since the group is in a working state anyway should represent a self-induction. Only then does the crystal oscillation begin a little more difficult. If you want the possibly remaining feedback over

die Röhrenkapazität vermeiden, so kann man eine der bekannten Neutrodynschaltungen anwenden. avoid the tube capacitance, one of the known neutrodyne circuits can be used.

Wie der Versuch zeigt, können aus verschiedenen Ursachen mehrere Eigenwellen erregbar sein. Man hat es dann nicht immer in der Hand, daß sich bei der Zusammenschaltung des Kristalls mit der Röhre gerade diejenige Kristallwelle erregt, welche manAs the experiment shows, several natural waves can arise from various causes be excitable. It is then not always in the hand that when interconnection of the crystal with the tube excites just that crystal wave which one

ίο haben will; ja es passiert häufig, daß sich bei der Dimensionierung der Anordnung auf größte Leistung einer bestimmten Welle beim Einschalten der Stromquelle gerade die falsche Kristallwelle erregt. Durch Veränderung der Gitterrückkopplung oder sonstige Änderungen springt dann in irgendeinem Augenblick die gewollte Kristallwelle an. Betriebstechnisch ist dieser Zustand fehlerhaft, weil es erwünscht ist, beim Einschalten sofort die richtige Welle zu erhalten. Koppelt man, am besten induktiv, mit einer der Spulen der Anordnung, z. B. mit der Anodenspule, einen separaten abgestimmten Kreis, so verhindert dieser angekoppelte abgestimmte Kreis das Angehen der Anordnung auf derjenigen z. B. falschen Kristallwelle, auf die man den Kreis abgestimmt hatte, und die Anordnung geht dann bestimmt beim Einschalten auf der gewollten Welle an. Hat der Kristall mehr als zwei Freiheitsgrade, so kann man für jede einzelne der nicht gewollten Schwingungen je einen auf diese abgestimmten Kreis ankoppeln. ίο want to have; yes it often happens that yourself when dimensioning the arrangement for maximum performance of a particular shaft Turning on the power source just excited the wrong crystal wave. Through change the grid feedback or other changes then jump at any moment the wanted crystal wave. From an operational point of view, this state is incorrect because it is desirable to get the correct wave immediately when you turn it on. You couple, preferably inductively, with one of the coils of the arrangement, e.g. B. with the anode coil, one separate coordinated circuit, this coupled coordinated circuit prevents that Approach the arrangement on those z. B. false crystal wave to which you can see the circle had matched, and the arrangement is then determined to start when you turn on the desired shaft. Does the crystal have more than two degrees of freedom, one can for each of the unwanted oscillations Connect a circle coordinated to each of these.

Claims

Patent claims:
i. With piezo crystals

Tube transmitter,

controlled characterized in that to achieve phase correct Lattice tension on the crystal is 90 ° against the grid tension to be achieved shifted voltage so that the transmitter oscillates with the natural frequency of the crystal.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a grid coil (3) is provided, which is inductively coupled to a coil (4) which is part of a tuned coil located in the anode branch Serial formation (4, 5, 6) is, and that the crystal (2) either parallel to the grid coil 3 and to the grid cathode Electron tube is or in series in one of the connecting lines between coil (3) and "grid or Cathode of the tube.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the anode branches the vibration tube are alternating current resistors (16), of which galvanic the grid feedback beyond the cathode point of the coil has been removed (inductive or capacitive voltage division), that the crystal is either switched into the grid line or is parallel to the grid cathode, and that the oscillation circuit (16) is so out of tune with respect to the generated wavelength, that its own wave is smaller than the generated wave, so that in the anode lead lying circle for the generated wave acts as self-induction, and that finally the grid direct current either is derived via a resistor or a throttle.

1 sheet of drawings