DE2231467A1

DE2231467A1 - Piezoelektrische anordnung

Info

Publication number: DE2231467A1
Application number: DE2231467A
Authority: DE
Inventors: Max Dr Guntersdorfer; Helmut Dr Thomann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-06-27
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1974-01-17
Also published as: DE2231467C3; NL7308957A; AT327294B; GB1434073A; BE801525A; DE2231467B2; FR2191355B1; JPS4959551A; US3836877A; IT989379B; FR2191355A1; ATA400173A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den ?7.JlföH972

Berlin und München " Witteisbacherplatz 2

VPA

223H67

Piezoelektrische Anordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Anordnung mit einem piezoelektrischen Körper, an dem voneinander galvanisch getrennt Eingangs- und Ausganselektrodenpaare vorgesehen sind, wobei der Körper zwischen diesen Elektrodenpaaren ausgerichtet permanent polarisiert ist.

Mechanische Anordnungen, beispielsweise Filteranordnungen mit piezoelektrischen Körpern, sind bekannt. Dabei befinden sich an dem piezoelektrischen Keramikkörper, der permanent gepolt ist, zwei Elektrodenpaare, die aus jeweils zwei flächenförmigen Elektroden bestehen, wobei jeweils zwei Elektroden unterschiedlicher Elektrodenpaare in einer Ebene angeordnet sind. Die Elektrodenpaare dienen zum Ein- bzw. Auskoppeln von akustischen Wellen.

Ein Nachteil einer wie oben beschriebenen Anordnung ergibt sich daraus, daß infolge der hohen Dielektrizitätskonstante des Materials des piezoelektrischen Körpers zwischen den flächenförmigen Elektroden unterschiedlicher Elektrodenpaare Übersprechkapazitäten entstehen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine piezoelektrische Anordnung anzugeben, bei der solche Übersprechkapazitäten vermieden sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrodenpaare auf verschiedenen Flächen des Körpers angeordnet sind und daß die

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Elektrodenpaare gegeneinander um 90° verdreht sind, so daß die zwischen dem Eingangselektrodenpaar und dem Ausgangselektrodenpaar auftretenden elektrischen Felder ebenfalls um 90 gegeneinander gedreht sind.

Vorzugsweise wird eine piezoelektrische Anordnung angegeben, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der piezoelektrische Körper von rechteckiger Form ist, daß für jedes der Elektrodenpaare zwei einander gegenüberliegende flächenförmige Elektroden vorgesehen sind, daß die Elektrodenpaare gegeneinander um 90° verdreht sind, wobei die Ebenen der flächcnförrnigen Elektroden der einzelnen Elektrodenpaare aufeinander senkrecht stehen, und daß der piezoelektrische Körper zwischen den zueinandergehörigen flächenförmigen Elektroden eines Elektrodenpaares in Richtung eines Feldes zwischen den Elektroden polarisiert ist.

Eine Ausgestaltung einer erfindungsgenäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische PLörper zwischen den zueinandergehörigen flächenförmigen Elektroden der Elektrodenpaare so permanent polarisiert ist, daß die Polarisation zwischen den Eingangselektroden senkrecht zur Ebene der Fläche der Ausgangselektroden ist und daß die Polarisation zwischen den Ausgangselektroden senkrecht zur Ebene der Fläche der Eingangselektroden ist.

Eine weitere piezoelektrische Anordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper von rechteckiger Form ist, daß die Elektrodenpaare Interdigitalstrukturen sind, wobei diese Strukturen auf sich gegenüberliegenden Flächen des piezoelektrischen Körpers angeordnet sind und wobei die Finger der Inter-: digitalstrukturen um 90° gegeneinander verdreht s:nd, daß "^v der Körper so polarisiert ist, daß die"'Polarisation von den " Kaminfingern einer Elektrode dsr einen^IhtBrdigitalstruktur

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zu den Kammfingern der anderen Elektrode der gleichen Interdigitalstruktur gerichtet ist.

Vorteilhafterweise kann eine erfindungsgemäße Anordnung als ' Filteranordnung verwendet werden, .wobei der Keramikkörper als Resonatorkörper dient.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen hervor.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen in schematischer Darstellung erfindungsgemäße piezoelektrische Anordnungen.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Weiterbildungen erfindungsgemäßer » Anordnungen.

In der Figur 1 ist der piezoelektrische Körper mit 2 bezeichnet. Das Elektrodenpaar 1 besteht aus den flächenförniigen Elektroden 101 und 201. Das Elektrodenpaar 11 besteht aus den flächenförmigen Elektroden 111 und 211. Das Elektrodenpaar 1 dient beispielsweise zum Einkoppeln einer akustischen Welle in den Körper 2, während dann das Elektrodenpaar 11 zum Auskoppeln dieser Welle dient. Die Elektrodenpaare 1 und 11 sind in der aus der Figur ersichtlichen Weise um 90° gegeneinander verdreht. Zwischen den flächenförmigen Elektroden 101 und 201 bzw. 111 und 211 ist der piezoelektrische Körper permanent polarisiert. Die Richtung dieser Polarisation ist durch die mit 3 bezeichneten Pfeile angegeben.. Sie liegt in Richtung der Flächennormalen der flächenförmigen Elektroden eines jeden Elektrodenpaares.

Die zwischen den einzelnen Elektroden 101 und 201 des einen Elektrodenpaares 1 und den Elektroden 111 und 211 des anderen Elektrodenpaares 11 auftretenden Kapazitäten sind bedingt durch

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die erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden paarweise gleich groß. In der Figur sind diese Kapazitäten schematisch dargestellt und mit 12, 13» 14 und 15 bezeichnet. Beispielsweise sind die Kapazitäten 12 und 13, die'zwischen der Elektrode 201 des Elektrodenpaares 1 und den Elektroden 111 bzw. 211 des Elektrodenpaares 11 auftreten, gleich groß.

Beim Anlegen einer Wechselspannung an das Elektrodenpaar 1 wird dieses kurzzeitig in einer bestimmten Weise aufgeladen. Diese Aufladung der flächenförmigen Elektroden des Elektrodenpaares 1 bewirkt, daß an den Elektroden des Elektrodenpaares 11 Ladungen induziert werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Elektrodenpaare 11 und 1 wird erreicht, daß sich die auf jeder plattenförmigen Elektrode induzierten Ladungen gegenseitig aufheben.

In der Figur 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der wiederum die flächenförmigen Elektroden 401 und 402 des Elektrodenpaares 4 und die flächenförmigen Elektroden 441 und 442 des Elektrodenpaares 44 in der aus der Figur ersichtlichen Weise gegeneinander um 90° verdreht sind. Zwischen den Elektrodenpaaren ist der piezoelektrische Keramikkörper 22 ausgerichtet permanent polarisiert. Dabei liegt die Richtung dieser Polarisation derart, daß die Polarisation zwischen den Eingangselektroden, beispielsweise den Elektroden 402 und 401 senkrecht auf der Ebene der Fläche der Ausgangselektroden, beispielsweise der Elektroden 441 und 442 steht, und daß die Polarisation zwischen den Ausgangselektroden senkrecht auf der Ebene der Fläche der Eingangselektroden steht. In der Figur ist die Richtung der Polarisation durch die Pfeile 5 angedeutet.

Beim Anlegen einer Wechselspannung an die flächenförmigen Elektroden 402 und 401 des Elektrodenpaares 4 wird dieses kurzzeitig in einer bestimmten Weise aufgeladen. Diese Aufladung der flächenförmigen Elektroden des Elektrodenpaares 4

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bewirkt wiederum, dai3 an den flächenförmigen Elektroden und 442 des Elektrodenpaares 44 Ladungen induziert werden, die sich gegenseitig aufheben.

Durch das Anlegen einer Wechselspannung an die erfindungs- gemäße Anordnung der Figur 2 entstehen Scherwellen, die eine Verformung des Körpers 22 in der aus der Figur ersichtlichen Weise zur Folge haben. Durch die strichlierte Linie 8 ist eine solche Verformung angedeutet.

In der Figur 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der auf dem piezoelektrischen Resonatorkörper 222 aneinander gegenüberliegenden Flächen Rammförmige Interdigitalstrukturen 6 und 61 bzw. 7 und 71 angebracht sind. Dabei "sind erfindungsgemäß .zur Vermeidung von Übersprechkapazitäten die Interdigitalstrukturen in der aus der Figur ersichtlichen Weise um 90° gegeneinander verdreht.

Der Körper 222 besitzt eine durch die Pfeillinien 9 angedeutete periodische, permanent ausgerichtete Oberflächenpolarisation. Diese Polarisation ist von den Kammfingern einer Elektrode, beispielsweise der Elektrode 6 bzw. 7 einer Interdigitalstruktur zu den Kammfingern der anderen Elektrode, beispielsweise der Elektrode 61 bzw. 71 der gleichen Interdigitalstruktur gerichtet. Durch die Pfeillinien 9 ist die Richtung dieser Polarisation in der Figur angedeutet.

Die in den Körper 222 eingekoppelte Volumenwelle pflanzt sich von der einen Interdigitalstruktur zur anderen Interdigital struktur durch den Körper hindurch fort, wobei die Wellehfront dieser Welle immer parallel zu den Ebenen liegt, _v in denen die Interdigitalstrukturen angeordnet sind.

sind die Kapazitäten, die zwischen einer

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Elektrode, beispielsweise der Elektrode 6 bzw. 61 einer Interdigitalstruktur und den beiden anderen Elektroden, beispielsweise den Elektroden 7 und 71 der anderen Interdigitalstruktur bestehen gleich groß.

Um eventuell vorhandene Inhomogenitäten des keramischen Körpers oder der Elektrodenbelegungen auszugleichen, wird in WeJterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnungen eine der vier Elektroden auf dem Körper, so wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, in zwei Teilelektroden 23, 24 bzw. 25, 26 aufgeteilt. Die beiden Teilelektroden werden über ein Potentiometer 27, 28 miteinander verbunden, dessen Mittelabgriff einen der vier Pole der Anordnung bildet. Durch Verstellen des Potentiometers läßt sich ein etwa vorhandenes Restübersprechen auf Null abgleichen.

Bei erfindujigsgemäßen Anordnungen, die so geschaltet.sind, daß der Eingangskreis und der Ausgangskreis asymmetrisch gegen Erde sind, können störende Übersprechkapazitäten dadurch vermieden werden, daß zwei erfindungsgemäße Filteranordnungen in Kette geschaltet werden. Dadurch wird erreicht, daß zwischen dem Eingang und dem Ausgang dieser Anordnung ein erdsymmetrisches Netz vorliegt.

6 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Piezoelektrische Anordnung mit einem piezoelektrischem Körper, an dem voneinander galvanisch getrennt Eingangsund Ausgangselektrodenpaare vorgesehen sind, wobei der Körper zwischen diesen Elektrodenpaaren ausgerichtet permanent polarisiert ist, dadurch g e k e η η ζ e ic fanet , daß die Elektrodenpaare (1, 11, 4, 44 und 6, 61, 7, 71) auf verschiedenen Flächen des Körpers (2, 22, 222) angeordnet sind und daß die Elektrodenpaare gegeneinander um 90° verdreht sind, so daß die zwischen dem Eingangselektrodenpaar und zwischen dem Ausgangselektrodenpaar auftretenden elektriscl
einander gedreht sind.

auftretenden elektrischen Felder ebenfalls um 90° gegen-

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß der piezoelektrische Körper (2) von rechteckiger Form ist, daß für jedes der Elektrodenpaare (1, 11) zwei einander gegenüberliegende flächenförmige Elektroden , 201, 111, 211) vorgesehen sind, daß die Elektrodenpaare gegeneinander um 90 verdreht sind, wobei die Ebenen der flächenförmigen Elektroden der einzelnen Elektrodenpaare aufeinander senkrecht stehen, und daß der piezoelektrische Körper (2) zwischen den zueinandergehorigen flächenförmigen Elektroden eines Elektrodenpaares in Richtung (3) eines Feldes zwischen den Elektroden polarisiert ist.

Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net , daß der piezoelektrische Körper (22) zwischen den zueinandergehörigen flächenförmigen Elektroden (402, 401, 441, 442) der Elektrodenpaare (4, 44) so permanent polarisiert ist,daß die Polarisation (5) zwischen den Eingangselektroden senkrecht zur Ebene der Fläche der Ausgangs elektroden ist und daß die Polarisation (5) zwischen den

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Ausgangselektroden senkrecht zur Ebene der Fläche der Eingangselektroden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der piezoelektrische Körper (222) von rechteckiger Form ist, daß die Elektrodenpaare (6, 61 und 7, 71) Interdigitalstrukturen sind, wobei diese Strukturen auf sich gegenüberliegenden Flächen des piezoelektrischen Keramikkörpers angeordnet sind und wobei die Finger der Interdigitalstrukturen um 90° gegeneinander verdreht sind, daß der Körper (222) so permanent periodisch polarisiert ist, daß diese Polarisation (9) von den Kammfingern einer Elektrode der einen Interdigitalstruktur zu den Kammfingern der anderen Elektrode der gleichen Interdigitalstruktur gerichtet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ekennzeichnet , daß eine der vier Elektroden des Körpers in Teilelektroden aufgeteilt ist und daß die beiden Teile (23, 24 bzw. 25, 26) dieser Elektrode über ein Potentiometer (27, 28) miteinander verbunden sind und daß der Mittelabgriff des Potentiometers ein Pol der vier Pole der Anordnung ist.

6. Verfahren zur Vermeidung von Übersprechkapazitäten durch Asymmetrie in dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Kette geschaltet werden.

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