DE2263813A1 - Integriertes schaltkreis-chip, das als erregerschaltung fuer einen elektromechanischen resonator dient - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE HENKEL— KERN — FEILER — HÄNZEL — MÜLLER

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Bulova Watch Company, Inc.
New York, N.Y., V.St.A.

2 8. DEZ WZ

Integriertes Schaltkreis-Chip, das als Erregerschaltung für einen elektromechanischen Resonator dient.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronisch gesteuerte Zeitmesser mit elektromechanischem Resonator als Frequenznormal und betrifft insbesondere eine integrierte Schaltung für solche Zeitmesser.

In den USA-Patentschriften 2 900 786 und 2 971 323 sind elektronische Zeitmesser mit einem selbst erregenden Zeithaltenormal beschrieben, das aus einem mechanischen Resonator in Form einer Stimmgabel besteht, deren Schwingungen durch zwei in Verbindung mit einer batteriegespeisten Transistorschaltung arbeitende elektromagnetische Wandler aufrechterhalten werden. Die Schwingung der Stimmgabel wird in eine Drehbewegung zur Betätigung der Zeiger der Uhr umgewandelt.

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Bei Uhren der in den genannten Patentschriften offenbarten Art ist jeder elektromagnetische Wandler einer Zinke der Stimmgabel zugeordnet und weist ein am Ende der Zinke angebrachtes und mit ihr mitschwingendes Magnetelement auf. Das Magnetelement an der einen Zinke schwingt gegenüber einer ortsfesten Haupt-Antriebsspule, während das an der anderen Zinke vorgesehene Magnetelement gegenüber einer ortsfesten Phasen-Abtast- oder Meßspule hin- und herschwingt. Die Antriebs- oder Treiberspule liegt im Ausgangskreis und die Abtast- oder Meßspule im Eingangskreis des Transistors, so daß die in der Meßspule induzierte Wechselspannung den Transistor durchschaltet und damit in der Treiberspule Stromimpulse zur magnetischen Betätigung der Zinken erzeugt werden. Die elektronische Schaltung wirkt mithin im wesentlichen als rückgekoppelter Oszillator, wobei der Rückkopplungsgrad durch die Frequenz des mechanischen Resonators bestimmt ist.

Grundsätzlich weisen alle in Halbleiter- bzw. Pestkörpertechnik aufgebauten Oszillatoren einen Transistorverstärker auf, wobei die Schwingung unter Einhaltung bestimmter Bedingungen einfach durch eine Verbindung vom Ausgang zum Eingang aufrechterhalten wird. Die elektronische Schaltung in einem Stimmgabel-Zeitmesser

der genannten Art ist als sogenannte/Resonanz-Rückkopplungsoszillator aufgebaut, der sich von einem herkömmlichen elektronischen Oszillator dadurch unterscheidet, daß anstelle einer LC-Kombination ein äquivalenter elektromechanischer Resonator verwendet wird.

Bei den handelsüblichen elektronischen Zeitmessern mit Stimmgabel oder Unruh besteht die zugeordnete elektrische Treiberschaltung derzeit aus einzelnen Elementen, die zumindest einen Transistor, einen Kondensator und einen Widerstand umfassen.

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Wenn ein batteriegespeister elektronischer Zeitmesser für die Unterbringung in einem Armbanduhrengehäuse oder einem Miniaturgehäuse ähnlicher Abmessungen ausgelegt ist, bei dem Raumausnutzung vorrangig ist, könnte sich an sich die Technologie der Mikroelektronik zur Verminderung von Größe und Kosten der elektronischen Schaltung als zweckmäßig anbieten. Aus den im folgenden noch näher zu erläuternden Gründen war es jedoch bisher nicht möglich, integrierte Schaltkreise voll für die Miniaturisierung der elektronischen Schaltung von elektronischen Zeitmessern mit mechanischen Resonatoren einzusetzen.

Bekanntlich wird eine übliche Schaltung durch Verbindung einzelner Bauteile aufgebaut, während bei einer integrierten Schaltung die verschiedenen Bauteile auf einem einzigen Plättchen, dem sogenannten Chip,ausgebildet/ Die hauptsächlichen Vorteile von integrierten Schaltungen sind außerordentlich geringe Größe, niedrige Fertigungskosten und hohe Zuverlässigkeit.

Die Herstellung einer aus einem einzigen Kristall bestehenden, monolithischen integrierten Schaltung umfaßt die Ausbildung von Transistoren, Widerständen und Kondensatoren auf einem einzigen Siliziumsubstrat, wobei ausreichende Isolierung zwischen den Bauteilen vorgesehen wird, um störende Wechselwirkungen weitgehend zu unterdrücken.

Bei der Herstellung von monolithischen Einkristallgebilden wird von einem Plättchen oder einer Scheibe aus p-leitendem Silizium als Substrat ausgegangen. Auf der Oberfläche der Scheibe wird eine epitaxiale Schicht als η-leitendes Material wachsen gelassen, und die integrierten Schaltungsbauteile werden unter Anwendung eines Maskenverfahrens gebildet, welches in bekannter

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Weise durch aufeinanderfolgende Diffusion die abwechselnde Ausbildung von p- und η-Bereichen in der epitaxialen Schicht ermöglicht. Transistoren werden in Form von drei Lagen in n-p-n- oder p-n-p-Schichtung gebildet, während Dioden durch Verwendung von zwei Schichten oder durch entsprechende Schaltung von Transistoren als Dioden hergestellt werden. Nach Beendigung aller Diffusionsvorgänge ist über der Scheibenoberfläche eine Schicht aus Siliziumdioxid vorhanden, welche zum Schutz oder zum "Passivieren" der integrierten Schaltung dient, damit diese durch Umgebungseinflüsse nicht verunreinigt wird. Widerstände erhält man üblicherweise durch Verwendung einer diffundierten Schicht, in welcher der Strom zwangsweise parallel zum so gebildeten p-n-übergang fließen muß, oder durch Ablagerung dünner Filme aus Widerstandsmaterial auf der Oberseite der Siliziumdioxid-Schicht. Kondensatoren werden dadurch hergestellt, daß p-n-übergangskapazitäten verwendet werden oder leitfähiges Material über der Siliziumdioxid-Schicht abgelagert wird. Die Verbindungen zwischen den Bauteilen werden unter Auswahl der gewünschten Flächenbereiche durch Ablagerung eines leitfähigen Material über dem Oxid unter Anwendung von Maskenverfahren gebildet.

Der Schicht- oder Flächenkondensator ist die einfachste Art eines Kodensators, die sich bei integrierten Schaltungen herstellen läßt. Schichtkondensatoren können im pF-Bereich hergestellt werden, so daß tie hauptsächlich als Entkopplungs- oder Überbrückungs-Kondensatoren Verwendung finden. Der Metalloxidsilizium- bzw. MOS-Kondensator wird durch einen η Bereich (Emitterdiffusian) und einen Metallfilm, üblicherweise aus Aluminium,hergestellt, die durch ein Siliziumdioxid-Dielektrikum voneinander getrennt sind.

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In manchen Fällen werden an die Klemmenleistung integrierter Schaltungen solche Anforderungen gestellt, daß in monolothischer Einkristalltechnik ausgeführte Kondensatoren unbrauchbar sind, weil die richtigen Werte nicht erreicht werden können, da die Temperaturschwankungen zu groß sind oder unzulässige parasitäre Effekte auftreten. In diesen Fällen kann eine Dünnschichttechnik zur Bildung des Kondensators angewandt werden, wobei die Boden- oder Grundplatte durch Ablagerung einer Aluminiumschicht auf der endgültigen SiOp-Schicht des monolithischen Gebildes erzeugt wird. Sodann wird eine Schicht eines dielektrischen Materials auf der Aluminiumschicht abgelagert, über welcher eine weitere Aluminiumschicht folgt, um die obere Platte des Kondensators zu bilden. Aber auch in diesem Fall liegen die größten, auf Chips zu erzielenden Werte im pF-Bereich.

Eine detaillierte Beschreibung der integrierten Schaltungstechnik für die Herstellung von Widerständen, Kondensatoren und Transistoren findet sich in "Analysis and Design of Integrated Cir«uits" von Lynn, Meyer & Hamilton - I967 McGraw Hill Book Co.

Insoweit als bei elektronischen Schaltungen der bisher in Verbindung mit Stimmgabeln und anderen Formen mechanischer Resonatoren verwendeten Art ein Kondensator benötigt wird, dessen Wert im/uF-Bereich liegt, schließt dieses Erfordernis die volle Integration der Schaltung aus. Unter Anwendung der Diffusions- oder Dünnschichttechnik ist es nicht möglich, auf einem Chip einen Kondensator mit z.B. einem Wert von 0,1 oder nur 0,03 Mikrofarad oder einem beliebigen anderen Wert im Mikrofaradbereich herzustellen.

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Bisher gelang lediglich die Herstellung einer Hybridschaltung, bei welcher ein den Widerstand und den Kondensator aufweisender integriertes Schaltungs-Chip mit einem getrennten Kondensator des gewünschten hohen Werts kombiniert ist. Derartige Hyfcridschaltungen sind jedoch teuerer in der Herstellung und nicht so kompakt und zuverlässig wie echte integrierte Schaltungen.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Pestkörperschaltung zu entwickeln, die in Verbindung mit einer elektromagnetisch betätigten Stimmgabel oder einem anderen mechanischen Resonator letzteren auf seiner Eigenfrequenz in Schwingung hält, wobei die Schaltung aus Bauteilen bestehen soll, die sich sämtlich für die Fertigung in Monolith-Technik eignen. Insbesondere soll der Kondensator einen im pP-Bereich liegenden Wert besitzen, so daß er nach Dünnschicht-, MOS- oder Diffusionsverfahren hergestellt werden kann und die bisher notwendige Hybridschaltung vermieden wird. Allgemein bezweckt die Erfindung somit die Schaffung einer äußerst kompakt gebauten, billigen integrierten Schaltung aus einem Transistor, einem Kondensator und einem Widerstand, die bei Kombination mit Treiber- und Phasenmeßspulen von einer Stimmgabel zugeordneten elektromagnetischen Wandlern einen Hartley-Oszillator darstellt, der die Schwingung der Stimmgabel aufrechterhält. Diese Aufgabe wird in bevorzugter AusfUhrungsform der Erfindung, kurz gesagt, durch eine in Verbindung mit elektromagnetischen Wandlern arbeitende integrierte Schaltung zur Schwingungserhaltung einer Stimmgabel gelöst, wobei die Stimmgabel als Frequenznormal für einen Zeitmesser wirkt. Die elektronische Schaltung weist einen Transistor mit übergroßem Verstärkungsgrad auf, dessen Ausgang über eine äußere Stromquelle an die Treiberspule eines der Stimmgabel zugeordneten elektromagnetischen Wandlers angeschlossen ist, um Stromimpulse zur Betätigung der

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Stimmgabel zu erzeugen, wobei die durch die schwingende Stimmgabel in der Phasenmeßspule eines ihr zugeordneten elektromagnetischen Wandlers induzierte Spannung über einen Kopplungskondensator mit im pF-Bereich liegendem Wert an den Eingang des Verstärkers angelegt wird. Außerdem ist ein Widerstand vorgesehen, dessen Wert 100 M SL übersteigt und Über den der Basisstrom für den Transistor fließt, wobei der Verstärker als Regenerator wirkt, um die Schwingung auf einem durch die Resonanzfrequenz der Stimmgabel bestimmten Wert zu halten.

Der niedrige Wert des Kondensators wird durch einen großen Widerstandswert von über 100 M-A- ausgeglichen, durch den der resultierende Basisstrom außergewöhnlich niedrig gehalten wird. Die Kompensation für den niedrigen Wert des Basisstroms erfolgt jedoch durch den Transistor mit übergroßem Verstärkungsgrad, welcher einen Ausgangsstrom mit einem zur Betätigung der Stimmgabel ausreichenden Wert erzeugt. Infolge des Kondensators mit einem im pP-Bereich liegenden Wert eignen sich der M Jl -Widerstand und der Transistor mit übergroßem Verstärkungsgrad sämtlich für die Fertigung als integrierte Schaltung, die sich als winziges Chip herstellen läßt.

Obgleich die Erfindung in Verbindung mit Stimmgabeloszillatoren beschrieben ist, sind,wie auch die weitere.Beschreibung erkennen läßt, die gleichen Grundprinzipien ersichtlicherweise auch auf Oszillatoren mit anderen Formen elektromechanischer Resonatoren anwendbar, beispielsweise auf solche elektronischen Zeitmesser, die als Zeithaltenormal eine hin- und herschwingende Unruh verwenden, deren Schwingung durch die elektronische Schaltung aufrechterhalten wird. Auch sei darauf hingewiesen, daß die im folgenden in Verbindung mit Zeitmessern beschriebenen mechanischen Resonatoren als Frequenznormale noch auf zahlreichen anderen praktischen Anwendungsgebieten, beispielsweise für Resonanzfilter und optische Unterbrecher einsetzbar sind.

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Ein bedeutsamer Vorteil der Erfindung besteht vor,allem darin, daß trotz Verwendung einer Stimmgabel als Frequenznormal oder Zeitbasis für einen Zeitmesser durch die kompakte integrierte Schaltung eine sehr bedeutende Verkleinerung solcher Uhren möglich wird. Im wesentlichen die gleiche Anordnung kann aber auch, wie bereits angedeutet, bei Stimmgabel-Tongeneratoren, -Filtern und anderen niederfrequenten Vorrichtungen benutzt werden, die einen mechanischen Resonator bzw. Schwinger als frequenzbestimmendes Element verwenden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Stimmgabel-Frequenznormals mit einer integrierten Schaltung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild einer äquivalenten elektrischen Schaltung der Stimmgabel und ihrer zugeordneten elektronischen Schaltung und

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der der äquivalenten Schaltung der Stimmgabel zugeordneten elektronischen Schaltung.

Das in Fig. 1 dargestellte Frequenznormal weist eine Stimmgabel 10 mit zwei flexiblen Zinken 1OA und 1OB sowie einem Halteschaft auf. Bei Verwendung als Zeitbasis für eine Armbanduhr oder eine andere Miniatur-Zeitmesservorrichtung wird die Schwingung der Stimmgabel durch einen zweckmäßigen Bewegungsumformer in eine Drehbewegung zur Betätigung der Zeiger der Uhr o.dgl. umgewandelt.

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Dies kann mittels eines Portschalt- oder Steigradmechanismus oder mittels einer magnetischen Hemmung geschehen. Wahlweise können die Stimmgabelschwingungen dazu benutzt werden, periodische elektrische Impulse zur Aktivierung einer elektronischen Zeitanzeige zu liefern.

Das hier zu beschreibende Ausführungsbeispiel der Erfindung ist lediglich auf die der Stimmgabel oder einem ähnlichen mechanischen Resonator zugeordnete elektronische Schaltung beschränkt, die den Resonator in Betrieb hält, wobei das System als Frequenznormal für Zeithalte- oder andere bekannte Zwecke wirkt. Die Anwendungsart der Stimmgabel oder des Resonators sowie die Art und Weise dieser Anwendung stellen mithin keinen Teil der Erfindung dar.

Die Stimmgabel 10 ist mit elektromagnetischen Treiber- und Phasenmeßwandlern versehen, von denen der erste durch einen an der einen Gabelzinke montierten und mit einer ortsfesten Spule 13 zusammenwirkenden Permanentmagneten 12 und der zweite durch einen einer ortsfesten Spule 15 zugeordneten Permanentmagneten 14 gebildet wird. Obgleich zwei getrennte Treiberund Phasenmeßwandler dargestellt sind, können sie in der Praxis zu einem einzigen elektromagnetischen Wandler kombiniert sein, der Phasenmeß- und Treiberspulenabschnitte aufweist, wie dies beispielsweise in der US-PS 3 517 288 offenbart ist.

Den elektromagnetischen Wandlern ist ein ingetriertes Schaltungs-Chip 16 zugeordnet, dessen Schaltkreis durch einen Transistor 17 mit Basis B, Kollektor C und Emitter E, einen Kondensator 18 und einen Widerstand 19 gebildet wird.

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Der Kondensator 18 ist mit dem Widerstand 19 in Reihe geschaltet, und der Verbindungspunkt zwischen diesen beiden Elementen ist an die Basis B des Transistors 17 angeschlossen. Das andere Ende des Kondensators 18 ist mit einer Chip-Klemme T₁ verbunden, während das andere Ende des Widerstands 19 an den Kollektor C und an die Chip-Klemme T₂ angeschlossen ist. Der Emitter E
steht mit einer Chip-Klemme T, in Verbindung. Pur den Einbau
des Chips in eine Stimmgabeluhr sind somit nur drei Anschlüsse nötig.

Die Klemme T₁ ist mit dem einen Ende der Phasenmeß-Spule 15
verbunden, die mit der Treiberspule 13 in Reihe geschaltet ist. Die Verbindung zwischen den beiden Spulen ist an die Klemme T, angeschlossen. Die Klemme Tp liegt über eine Gleichstromquelle bzw. Batterie 20 in Reihe zum anderen Ende der Treiberspule 13.

Der Ausgang des einen Verstärker darstellenden Transistors 17 ist über die Batterie 20 mit der Treiberspule 13 verbunden.
Wenn der Transistor 17 im Betrieb kurzzeitig durchgeschaltet
wird, wird ein Stromimpuls von der Batterie 20 an die Treiberspule 13 angelegt, wobei das resultierende Magnetfeld einen
Schub auf den Zinken-Magneten 13 ausübt und dadurch die Stimmgabel betätigt. Die durch den Magneten 14 in der Phasenmeß-Spule 15 induzierte Spannung wird über den Kondensator 18 an
die Basis B des Transistors 17 angelegt und überwindet die an ihm anliegende Vorspannung infolge des Basisstromflusses über den Widerstand 19, um die augenblickliche bzw. Phasenposition im Verlauf jedes Schwingungszyklus zu steuern, wenn der Treiberimpuls an die Treiberspule geliefert werden soll.

Die Stimmgabel mit ihrer zugeordneten elektronischen Schaltung bildet ein rückgekoppeltes Resonanzsystem, wie es etwa im
Buch "Transistor Manual", 7. Auflage (1964), herausgegeben von

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der Firma General Electric Company, im Grundsatz beschrieben ist. Im Resonanz-Rückkopplungsoszillator werden dabei entweder LC-Resonatoren oder deren elektromechanische Äquivalente verwendet .

In der Standardform des Resonanz-Rückkopplungs-Transistoros ζ i Hat or s ist der Ausgang des als Verstärker wirkenden Transistors an die abgestimmte Primärwicklung eines Transformators angekoppelt, dessen Sekundärwicklung mit dem Eingang verbunden ist, um eine Regeneration bzw. positive Rückkopplung zu gewährleisten, wodurch der Verstärker zum Schwingen gebracht wird. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ist der Resonanz-Rückkopplungsoszillator als Hartley-Schaltung aufgebaut, bei welcher in Reihe geschaltete Phasen- und Treiberspulenwicklungen in Spartransformator-Schaltung anstelle der üblichen Schaltung als Doppelwicklungs-übertrager angeordnet sind.

Im folgenden seien nunmehr die qualitativen Aspekte des Frequenznormals gemäß Fig. 1 betrachtet. Dies geschieht am zweckmäßigsten im Zusammenhang mit der Äquivalenzschaltung des Stimmgabelresonators, da im vorliegenden Fall hauptsächlich die elektrischen Wirkungen der Oszillatorschaltung auf den Resonator betrachtet werden sollen.

In Fig. 2 ist das elektrische Äquivalent der Stimmgabel 10 durch die Induktivität L_f, die Kapazität C_f und den Widerstand R_f angegeben, die sämtlich parallelgeschaltet sind und einen Parallel-Resonanzkreis bilden, dessen Frequenz durch die reaktiven Werte von Induktivität und Kapazität und dessen Q-Wert durch den Wert des Widerstands bestimmt ist. Da die Stimmgabel im Vergleich z.B. zu einem Resonator mit hohem Q-Wert, etwa einem piezoelektrischen Kristall, eine Vorrichtung mit mittlerem Q-Wert ist, ist der Widerstandswert zu berücksichtigen.

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In Pig. 2 kann man den Schalttransistor vernachlässigen und sich auf die Reihenschaltung aus Widerstand 9 und Kondensator konzentrieren, die mit der äquivalenten Stimmgabel-Resonatorschaltung in Nebenschluß geschaltet sind. Der Widerstand 19 besitzt einen Wert R , der zwischen Kollektor C und Basis B auftritt, während der Kondensator 18 einen zwischen Basis B und Emitter E dargestellten Wert C_Q aufweist. Diese Werte können gemäß Fig. 3 durch ihr Paralleläquivalent ersetzt werden, wobei

rJ - R₀ Z¹⁺ 3 ] Gleichung I

C* « C_o (1+ (^C₀R₀)²)"¹ Gleichung II

In den obigen Gleichungen bedeutet das Symbolic die Winkelfrequenz der Stimmgabel, d.h. 2 3T multipliziert mit der Stimmgabelf requenz .

Aus Gleichung II ist ersichtlich, daß zur weitgehenden Verminderung des Werts der Kapazität C₀ die Werte R_Q"groß sein sollten. Wünschenswerterweise sollte der Wert C"" im Vergleich zu C_f möglichst weitgehend vermindert werden, um die Frequenzverschiebung des Systems von der Eigenfrequenz der Stimmgabel hinweg möglichst weitgehend zu reduzieren. Wenn der Wert von C¹ im Vergleich zu C_f nicht klein ist, wird die Stimmgabel gezwungen, in einem gegenüber ihrer Eigenfrequenz verschobenen Frequenzbereich zu schwingen, so daß die für den Betrieb der Stimmgabel erforderliche Leistung erhöht wird. Außerdem ist das System dann empfindlicher gegenüber Schwankungen der Kapazität C , was unerwünscht ist.

+ und C ο

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Für die Herstellung als integrierte Schaltung ist es aber wesentlich, den Wert von C klein (unter 400 pP) zu wählen, da der Kondensator sonst nicht nach integrierter Schaltungstechnik hergestellt werden kann. Hierbei ergibt sich dann die Notwendigkeit, die Wirkung der Verwendung eines kleinen Kondensators im pP-Bereich dadurch auszugleichen, daß der Wert R sehr groß (d.h. größer als 100 M -fL ) gewählt wird.

Der Widerstand R ist der Haupt-Bestimmungsfaktor für den Basisstrom des Transistors. Da jedoch der Transistor als stromverstärkendes Element nur begrenzten Verstärkungsgrad besitzt, liefert die sich aus der Erhöhung des Werts des Widerstands R ergebende Verminderung des Basisstroms im Fall eines üblichen Transistors der bisher bei elektronischen Zeitmessern verwendeten Art nicht genügend Strom in der Kollektor-Ausgangsschaltung, um die Stimmgabel anzutreiben. Dieser Kollektorstrom liefert die die Stimmgabel in Schwingung haltende Energie, und bei vorgegebener Amplitude der Stimmgabelschwingung ist eine bestimmte Energiemenge nötig, die durch den Q-Wert der Stimmgabel bestimmt wird.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die Verminderung des Basisstroms, die durch Verwendung eines Basisstrom-Widerstands mit einem Wert von mehr als 100 M SL hervorgerufen wird, durch Verwendung eines Transistors mit übergroßem Verstärkungsgrad der Art ausgeglichen werden kann, wie er beispielsweise im "Electronic Products Magazine" (19. April 1971) im Artikel "Super-Gain-Transistor für ICs" beschrieben ist.

Wie in diesem Artikel erwähnt, sind Transistoren mit übergroßen Verstärkungsgrad (im Handel auch als·Superbeta-Transistoren bekannt) normale, d.h. genormte bipolare Transistoren, deren Emitter für extrem hohe Ströme diffundiert werden sind.

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Beim normal dotierten Transistor ist der Gleichstrom-Verstärkungsgrad Beta umgekehrt abhängig von der Basisbreite. Wenn der Emitter aber tiefer in den Basisbereich hinein diffundiert wird, erhöht sich der Beta-Wert auf mehrere Tausend. Typische Stromverstärkungsgrade von 5000 sind bei Kollektorströmen von 1 Mikroampere erzielbar.

Bei der vorstehenden qualitativen Auswertung der elektronischen Schaltung für den Antrieb der Stimmgabel ist der Einfluß des Transistors vernachlässigt worden. Wenn der Transistor in der Praxis zur Erzeugung des Treiberimpulses bei jeder Periode einmal durchgeschaltet wird, ist die Äquivalenzsehaltung des im C-Betrieb arbeitenden Hartley-Oszillators komplizierter. Die hauptsächlichen qualitativen Merkmale der Schaltung sind aber dennoch im wesentlichen dieselben wie die vorher beschriebenen, weshalb es nicht nötig ist, die komplizierteren Aspekte des Schaltungsverhaltens näher zu betrachten.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß es zur Ermöglichung einer Integration aller die elektronische Schaltung bildenden Elemente, die der elektromagnetisch betätigten Stimmgabel oder einem anderen mechanischen Resonator zugeordnet ist, erforderlich wird, einen Kondensator im pF-Bereich (d.h. von z.B. 200 pP) zu verwenden. Dieser Wert kann ohne weiteres durch bekannte Mikroelektronik-Techniken hergestellt werden. Dieser kleine Kapazitätswert erfordert dann einen wesentlich höheren Wert für den Basisstrom-Widerstand (über 100 MJ"L), wodurch ein merklich reduzierter Basisstrom hervorgerufen wird. Dies macht wiederum die Verwendung eines Transistors mit übergroßem Verstärkungsgrad zur Betätigung der zugeordneten Stimmgabel, um sie in Schwingung zu halten, erforderlich.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Integriertes Schaltkreis-Chip, das als Erregerschaltung für einen elektromechanischen Resonator zur Aufrechterhaltung der Schwingung des Resonators auf seiner Eigenfrequenz dient, wobei die Ankopplung einer im Erregersehaltkreis liegenden Treiber- bzw. einer Phasenmeß-Spule über einen elektromagnetischen Wandler erfolgt, d a d u r ch gekennzeichnet, daß das Chip einen Transistor (17) mit übergroßem Verstärkungsgrad, einen Kondensator (18) mit einem Wert im pP-Bereich und einen Widerstand (19) im M./L -Bereich aufweist, daß der Eingang des Transistors über den Kondensator (18) mit der Ehasenmeß-Spule (15) und sein Ausgang über eine äußere Spannungsquelle (20) mit der Treiberspule (13) verbunden ist, daß der Widerstand (19) zwischen den Eingang und den Ausgang des Transistors (17) eingeschaltet ist und daß der Transistor (17), der Kondensator (18) und der Widerstand (19) eine Einheit in Monolith-Technik bilden.

2. Chip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verbindung des Emitters und des Kollektors des Transistors mit der Treiberspule über die äußere Spannungsquelle, wobei der beim Durchschalten des Transistors entstehende Impuls den Resonator betätigt, und Mittel zur Verbindung der Phasenmeß-Spule zwischen Basis und Emitter über den Kondensator vorgesehen sind, wobei die durch den schwingenden Resonator in der Phasenmeß-Spule induzierte Spannung zwischen Basis und Emitter angelegt wird, daß der Widerstand zwischen Basis und Kollektor eingeschaltet ist, um einen Basisstrom zu erzeugen, und einen so großen Wert besitzt, daß er den niedrigen Wert des Kondensators

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ausgleicht, und daß der Transistor einen so großen Verstärkungsgrad besitzt, daß er den sich aus der Verwendung des Widerstands mit großem Wert ergebenden kleinen Basisstrom ausgleicht.

3. Chip nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator eine Stimmgabel (10) ist.

4. Chip nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne t, daß die Stimmgabel auf jeder Zinke einen Permanentmagneten (12, 14) aufweist, von denen der eine mit der Treiberspule (13) und der andere mit der Phasenmeß-Spule (15) zusammenwirkt.

5. Chip nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Kondensators (18) weniger als 400 pP beträgt.

6. Chip nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (19) einen Wert von mehr als 100 M SL besitzt.

7. Chip nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung auf einem Halbleitersutfjtratplättchen mit drei Anschlüssen (T₁, Tp, T,) ausgebildet ist, von denen der eine mit dem Emitter, der zweite mit dem Kollektor und einem Ende des Widerstands (19) und der dritte mit dem einen Ende des Kondensators (18) verbunden ist, während das andere Ende des Widerstands (19) und das andere Ende des Kondensators (18) auf dem Plättchen mit der Basis verbunden sind.

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