DE862174C - Quarzstabilisierter Schwingungserzeuger mit grossem Frequenzbereich - Google Patents

Quarzstabilisierter Schwingungserzeuger mit grossem Frequenzbereich

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DE862174C
DE862174C DET2541D DET0002541D DE862174C DE 862174 C DE862174 C DE 862174C DE T2541 D DET2541 D DE T2541D DE T0002541 D DET0002541 D DE T0002541D DE 862174 C DE862174 C DE 862174C
Authority
DE
Germany
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frequency
quartz
difference
constancy
vibration generator
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Expired
Application number
DET2541D
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English (en)
Inventor
Franz Dipl-Ing Schoefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken AG
Original Assignee
Telefunken AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE862174C publication Critical patent/DE862174C/de
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/34Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being vacuum tube

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • Quarzstabilisierter Schwingungserzeuger mit großem Frequenzbereich In der Hochfrequenztechnik und besonders in der Hochfrequenzmeßtechnik besteht häufig die Forderung nach hoher Frequenzkonstanz bei gleichzeitiger Möglichkeit, die Frequenz in einem großen lückenlosen Bereich ändern zu können. In den meisten Fällen ist eine Frequenzkonstanz von i.io-6 über 24 Stunden ausreichend.
  • Ein Sender ohne Quarz, der den Vorteil der lückenlosen Frequenzänderung über praktisch unbegrenzte Bereiche hat, scheidet aus, da man damit auch bei größtem Aufwand kaum eine höhere Frequenzkonstanz als i.io-5 erreichen würde. Quarzgesteuerte Sender aber erfordern eine sehr große Anzahl von Quarzen, da die Quarzfrequenz nur in kleinen Grenzen änderbar ist. Eine solche Änderung ist bekanntlich mittels eines zum Quarz parallel oder in Reihe geschalteten regelbaren Blindwiderstandes durchführbar (Patent 560 366). Als bekannt sei noch vorausgesetzt, daß die Serienresonanz eines Quarzkristalls mit einer Toleranz von i.io-" hergestellt werden kann.
  • Die Erfindung macht von einer bekannten Senderanordnung Gebrauch, bei der die Differenzfrequenz zweier quarzstabilisierter Frequenzen erzeugt wird (Patent 531818). Erteilt man der einen dieser beiden Frequenzen eine bestimmte Frequenzänderung, so erhält die Ausgangsfrequenz bekanntlich dieselbe absolute Änderung und somit eine gesteigerte relative Änderung. Die Erfindung besteht darin, daß die andere Frequenz stufenweise durch Umsthalten auf einen anderen Quarz so einstellbar ist, daß die stetig von der Differenzfrequenz überstrichenen Bereiche aneinanderstoßen, und daß Oberwellen der Differenzfrequenz gebildet werden, die so niedrig bemessen ist, daß sich der verlangte, stetig überstrichene Frequenzbereich lückenlos aus mehreren Oberwellenbereichen zusammensetzt, und daß das Verhältnis der urprüng-Echen Frequenzen zu der Differenzfrequenz nur so groß gewählt ist, daß der Frequenzkonstanzverlust noch tragbar ist. 1 An- sich ist es bekannt, den Frequenzbereich eines Meßsenders durch Ausnutzung der oberen, lückenlos sich aneinanderschließenden Oberwellenbereiche zu vergrößern (TFT 1937, S. 2o9 oben). Die Erfindung beste demgegenüber in der gleichzeitigen Anwendung mehrerer umschaltbarer Quarze, der erwähnten Differenzbildung und Ausnutzung der Oberwellen, sowie in der bestimmten Bemessung der ursprünglichen Frequenzen mit Rücksicht auf einen geringen Verlust an Frequenzkonstanz. Der Sinn aller dieser Maßnahmen wird aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
  • Die fünf Quarzkristalle Q, bis Q, in Abb. i mit den Frequenzen f, bis f, können durch den Umschalter U wahlweise in einer Schwingschaltung in Serienresonanz angeregt werden, z. B. der bekannten Heegner-Schaltung nach Abb. 2 ohne die Teile Zk. In einer zweiten Schwingschaltung wird der Quarz Q" mit der Frequenz f, der mit einem Ziehkreis Zk ausgestattet ist, angeregt. Ein Schaltbeispiel ist in Abb. 2 dargestellt. Der Ziehkreis Zk besteht in diesem Beispiel aus einem Serienresonanzkreis, dessen Eigenfrequenz auf größere oder kleinere Werte als die Quarzserienresonanzfrequenz eingestellt werden kann. Die Frequenzen von Q, bis Q" seien z. B. fl 5o kHz + io Hz, f, 5o k-Hz + 3o Hz, f, 5o kHz + 50 Hz, f4 50 kHz + 7o Hz und f5 50 kHz + go Hz. Die Frequenz von Q" sei f, = 6o kHz. Der Ziehkreis.Zk gestatte eine Frequenzänderung von ± io Hz. Die in der Mischstufe M entstehende Differenzfrequenz fm von etwa io kHz läßt, sich also mittels des Ziehkreises Zk und durch Wahl eines der fünf QuarzkristaRe Q, bis Qr, lückenlos um A f = ioo Hz ändern. Diese änderbare Differenzfrequenz fm wird nun einem Verzerrer V, z. B. einer Röhre mit hoher negativer Vorm spannung, zugeführt. Die Oberwellen von fm sind dann nach der Formel fm /J f = n, im vorliegenden Falle io ooo/ioo = ioo, d. h. -nach der hundertsten Oberwelle, also oberhalb ioo - io kHz = iooo kHz, lückenlos. Die obere Grenze des Frequenzbereiches ist jeweüs durch die Amplitude der Oberwellen gegeben, da mit zunehmender Ordnungszahl der Oberwellen die Amplitude abnimmt.
  • Es erscheint zunächst widersinnig, die Frequenzen erst durch Differenzbüdung herabzusetzen und dann durch OberweUenbildung wieder zu erhöhen. Die Herabsetzung der Frequenz ist jedoch aus zwei Gründen erforderlich. Erstens wird dadurch die Zahl der Quarze vermindert, weil. sich, wie oben gesagt, der relative EinsteRbereich erhöht, zweitens muß die Grundfrequenz, von der die Oberwellen gebildet werden, genügend klein gegenüber den Frequenzen des verlangten Frequenzbereiches sein, damit dieser Bereich lückenlos ist.
  • Die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielbare Frequenzkonstanz ist bestimmt durch die Frequenzkonstanz der verwendeten Ouarzoszillatoren und den durch die Differenzbüdung eintretenden Konstanzverhist. Die Frequeiizkonstanz eines Quarzoszillators setzt sich zusammen aus dem Temperaturcinfluß auf den Quarz und den verschiedenen Einflüssen der Schaltung auf die Quarzfrequenz. Es ist heute ohne Schwierigkeiten möglich, Quarzkristalle mit einem Temperaturkoeffizient für die Quarzfrequenz kleiner als i.io-6/' C herzustellen. Bei Verwendung eines Thermostaten mit einem Durchgriff von i: ioo wird der Temperaturkoeffizient für die Quarzfrequenz kleüieralsi.io-'/'CAußentemperaturschwankung.Der Gesamteinfluß der Schaltung auf die Frequcnzkonstanz kann über 24 Stunden kleiner als 5.io-8 gehalten werden. Damit ist für eine Außentemperaturschwankung von z, B. 5' C die Konstanz eines Quarzoszillators besser als 1.,0-7 über etwa 24 Stunden. Dies bedeutet für die Frequenzen der erfindungsgcrnäßen Einrichtung bei einem Konstanzverlust von io: i eine Konstanz von i.io--'. Der durch die Differenzbildung zweier Quarzoszillatoren - entstehende Konstanzverlust wird um so kleiner, je kleiner das Verhältnis von Quarzfrequenz zu Differenzfrequenz gehalten wird. Daher wird gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung dieses Verhältnis möglichst klein gewählt. Die erzielbare Frequenzkonstanz wäre also kleiner, wenn man in Abb. i die Differenzfrequenz fm = io kHz mittels Frequenzen von iio und ioo kHz statt 6o und 5o kHz herstellen würde. Allerdings würde dann auch die Zahl der erforderlichen Quarze kleiner. Die Anzahl der Quarzkristalle und die zu wählenden Quarzfrequenzen sind bestimmt durch die geforderte Frequenzkonstanz sowie durch. die Größe des zu ändernden Frequenzbereiches.
  • Die Frequenzkonstanz errechnet sich in dem oben angegebenen Zahlenbeispiel wie folgt: Der Konstanzverlust durch Differenzbüdung aus zwei Quarzoszülatoren beträgt 2 : i, bezogen auf die Quarzfrequenz von 50 kHz, weil. sich die Frequenzschwankungen der beiden Quarze addieren, und io: i, bezogen auf die Differenzfrequenz von io kHz, weil. die absoluten Frequenzschwankungen bei io kHz dieselben wie bei 5o kHz sind, jedoch bei io kHz relativ fünfmal größer sind. Somit wird unter der Annahme einer Frequenzkonstanz von i.io-7 bei einer Außentemperaturschwankung von 5' C über 24 Stunden für die Quarzoszillatoren die Frequenzkonstanz der in großem Bereich änderbaren Frequenz i.io-6.
  • Wählt man dagegen beispielsweise fm = 5 kHz statt io kHz, dann wird der änderbare Frequenzbereich schon ab 25o kHz statt iooo kHz lückenlos,. und zwar bei einer Frequenzkonstanz von z.io-6 unter gleichen Voraussetzungen, also der halben Frequenzkonstanz gegenüber i.io-11.
  • In einem weiteren, in Abb. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die zur. Differenzbüdung erforderlichen Frequenzen durch Frequenzteilung in den Teilerstufen T, und T, aus quarzstabilisierten höheren Frequenzen erzeugt, die m-mal größer sind als die zur Differenzbildung dienenden Frequenzen. Diese Schaltung gestattet die Verwendung von Quarzkristallen höherer Frequenzen, die nach dem heutigen Stande der Quarztechnik für höchste Frequenzkonstanz leichter herstellbar sind.
  • Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann man für Meßzwecke jede gt-wünschte Bezugsfrequenz hoher Konstanz erzeugen. Mit einer Eichung oder tonfrequenten Meßeinrichtung besteht auch die Mög- lichkeit der direkten Hochfrequenzmessung (Wellenmesser). Bei Verwendung als Steuerstufe für Sender kann die Frequenz bei hoher Konstanz in großem Bereich geändert und als konstante oder veränderliche Frequenz ausgestrahlt werden. Die nicht gewünschten Oberwellen müssen dann ausgesiebt werden.
  • Der erfindungsgemäße Schwingungserzeuger ist auch zur Durchführung einer Frequenzmodulation eines quarzstabilisierten Senders mit großem Frequenzhub anwendbar, weil eine Frequenzmodulation eine stetige Frequenzänderung, und zwar im Takte der Modulationsfrequenz, darstellt. Zu diesem Zweck muß die Änderung des Scheinwiderstandes des ZichkrcisesZk in Abb. i oder ähnlicher, zusätzlicher, in Reihe geschalteter Ziehkreise im Takte der Modulationsfrequenz erfolgen. Hierzu können an sich bekannte Mittel angewendet werden, z. B. eine als Kapazität geschaltete Röhre, deren Kapazität durch Änderung der Gittervorspannung veränderbar ist. Da es dann erwünscht ist, daß der Zichkreis einpolig geerdet ist, kann hierzu die Schaltung nach Abb. 4 verwendet werden, in der der Quarz Q" ebenfalls in seiner Serienresonanz schwingt.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schwingungserzeuger unter Verwendung der Differenzfrequenz zweier quarzstabilisierter Röhrenoszillatoren, von denen die eine Frequenz in kleinen Grenzen stetig veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Frequenz stufenweise durch Umschalten auf einen anderen Quarz so einstellbar ist, daß die stetig von der Differenzfrequenz überstrichenen Bereiche aneinanderstoßen, und daß Oberwellen der Differenzfrequenz gebildet werden, die so niedrig bemessen ist, daß sich der verlangte, stetig überstrichene Frequenzbereich lückenlos aus mehreren Oberwellenbereichen zusammensetzt, und daß das Verhältnis der ursprünglichen Frequenzen zu der Differenzfrequenz nur so groß gewählt ist, daß der Frequenzkonstanzverlust noch tragbar ist.
  2. 2. Abänderung des Schwingungserzeugers nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Differenzbildung erforderlichen Frequenzen durch Frequenzteilung von quarzstabilisierten höheren Frequenzen erzeugt werden (Abb. 3). 3. Schwingungserzeuger nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stetige Veränderbarkeit der einen Frequenz im Takte einer Modulationsfrequenz zur Erzielung einer Frequenzmodulation erfolgt.
DET2541D 1942-10-14 1942-10-14 Quarzstabilisierter Schwingungserzeuger mit grossem Frequenzbereich Expired DE862174C (de)

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DE862174C true DE862174C (de) 1953-01-08

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DET2541D Expired DE862174C (de) 1942-10-14 1942-10-14 Quarzstabilisierter Schwingungserzeuger mit grossem Frequenzbereich

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DE (1) DE862174C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3248652A (en) * 1962-07-20 1966-04-26 Kruse Niels Georg Stabilized beat frequency oscillator for multi-frequency receiver

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3248652A (en) * 1962-07-20 1966-04-26 Kruse Niels Georg Stabilized beat frequency oscillator for multi-frequency receiver

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