DE1060922B

DE1060922B - Crystal oscillator with temperature compensation

Info

Publication number: DE1060922B
Application number: DEA27312A
Authority: DE
Inventors: Ralph Aubrey Spears
Original assignee: Automatic Telephone and Electric Co Ltd
Current assignee: Automatic Telephone and Electric Co Ltd
Priority date: 1956-06-16
Filing date: 1957-06-12
Publication date: 1959-07-09

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Schwingkristalle und kristallgesteuerte Oszillatoren und bezieht sich insbesondere auf die Frequenzstabilisierung derartiger Oszillatoren, die bei sich ändernden Umgebungstemperaturen arbeiten.The invention relates to vibrating crystals and crystal controlled oscillators, and is more particularly related on the frequency stabilization of such oscillators, which with changing ambient temperatures work.

Ein Verfahren zum Erhalten enger Frequenzgrenzen bei Schwingkristallen, an denen sich die Umgebungstemperatur um nicht mehr als beispielsweise 5° C in jeder Richtung ändert, liegt in einer Anordnung, bei der die mittlere Arbeitstemperatur mit einem annähernd horizontalen Abschnitt der Frequenztemperaturkurve zusammenfällt. Ein anderes Verfahren liegt darin, den Kristall, wenn sehr enge Frequenzgrenzen eingehalten werden müssen oder ein weiter Bereich der Umgebungstemperatur zu erwarten ist, in einen thermostatisch gesteuerten Ofen einzuschließen, dessen Temperatur höher als die obere Grenze der Umgebungstemperatur ist. Obgleich diese Anordnungen für die meisten ungünstigen Arbeitsbedingungen ausreichen, bei denen die Kristallfrequenz leicht innerhalb sehr weniger millionstel Teile gehalten werden kann, stellt der gesteigerte Leistungsverbrauch eines Ofens in einigen Fällen, beispielsweise in einem Flugzeug und einer tragbaren Ausrüstung, einen schwerwiegenden Nachteil dar. Auch ist die Anordnung eines Ofens ein zusätzlicher Punkt zu den Kosten des Oszillators, wobei auch die gesteigerte Größe hinderlich sein kann.A method of maintaining tight frequency limits in vibrating crystals that are affected by the ambient temperature changes by no more than, for example, 5 ° C in either direction, is included in an arrangement which is the mean working temperature with an approximately horizontal section of the frequency temperature curve coincides. Another method is the crystal when very tight frequency limits must be observed or a wide range of ambient temperature can be expected in include a thermostatically controlled oven whose temperature is higher than the upper limit of the Ambient temperature is. Although these arrangements for most unfavorable working conditions suffice at which the crystal frequency is easily kept within very few millionths of parts can be, the increased power consumption of a furnace in some cases, for example in a Aircraft and portable equipment, represent a serious disadvantage. Also, the arrangement An oven adds an additional point to the cost of the oscillator, while also being the increased size can be a hindrance.

Ein elektromechanisches Verfahren zum Ausgleichen von Frequenzänderungen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ist in der deutschen Patentschrift 549 067 beschrieben. Gemäß diesem Verfahren ist ein Kondensator in dem die Frequenz bestimmenden Kreis des Oszillators enthalten und in Reihe zu den Kristallen geschaltet. Die Kapazität des Kondensators ist mit der Temperatur derart veränderbar, daß die Frequenzänderung des Kristalls ausgeglichen wird. Die Kapazitätsänderung des Kondensators wird durch Änderung des Abstandes zwischen den beiden Kondensatorplatten bewirkt, wenn sich die Temperatur ändert. Ausgeführt wird dieses durch Änderung des Abstandes zwischen den beiden Platten durch einen zylindrischen Distanzhalter mit einem passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten, z. B. aus Kautschuk, Hartgummi od. dgl.An electromechanical method of compensating for changes in frequency as a function of the Ambient temperature is described in German patent 549 067. According to this procedure is a capacitor in the frequency-determining circuit of the oscillator and in series switched to the crystals. The capacitance of the capacitor can be varied with the temperature in such a way that the frequency change of the crystal is compensated. The change in capacitance of the capacitor is due to Changing the distance between the two capacitor plates causes when the temperature changes. This is done by changing the distance between the two plates with a cylindrical one Spacers with a suitable coefficient of thermal expansion, e.g. B. of rubber, hard rubber or the like.

Eine derartige Anordnung hat den gleichen Nachteil wie die einen Ofen verwendende Ausführung. Es wird nämlich die Größe des Oszillators gesteigert. Sie hat auch den schwerwiegenden Nachteil, daß die Wärmeträgheit des zylindrischen Distanzhalters hoch ist. Während die Anordnung bei langsamen Temperaturänderungen zufriedenstellen kann, arbeitet sie nicht befriedigend, wo die^Temperaturänderung sehr schnell stattfindet, was beispielsweise bei einem gelenkten Geschoß der Fall ist.Such an arrangement suffers from the same disadvantage as the embodiment using an oven. It will namely increased the size of the oscillator. It also has the serious disadvantage that thermal inertia of the cylindrical spacer is high. While the arrangement at slow temperature changes can satisfy, it does not work satisfactorily where the ^ change in temperature is very rapid takes place, which is the case, for example, with a guided projectile.

Kristall-Oszillator
mit TemperaturkompensationCrystal oscillator
with temperature compensation

Anmelder:
Automatic Telephone & Electric CompanyApplicant:
Automatic Telephone & Electric Company

Limited,
Liverpool (Großbritannien)Limited,
Liverpool (Great Britain)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41Representative: Dr.-Ing. H. Negendank, patent attorney,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 16. Juni 1956Claimed priority:
Great Britain 16 June 1956

Ralph Aubrey Spears, Liverpool (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt wordenRalph Aubrey Spears, Liverpool (Great Britain),
has been named as the inventor

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines elektrischen Verfahrens zum Aus-, gleich von Frequenzänderungen, wobei der Aufbau gedrängt ist und schnellen Temperaturschwankungen genau gefolgt wird.The object of the present invention is to create an electrical method for training, equal to frequency changes, the structure being compact and rapid temperature fluctuations is followed exactly.

Bei einem Oszillator mit einem piezoelektrischen Kristall und einer mit diesem verbundenen Kompensationsschaltung enthält die Kompensationsschaltung erfindungsgemäß eine feste Reaktanz und einen Thermistor, die so angeordnet und bemessen sind, daß sich der Phasenwinkel des Scheinleitwertes der Kompensationsschaltung in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen in einem solchen Maße und Sinne ändert, daß die Frequenz des Oszillators im wesentliehen konstant bleibt.In the case of an oscillator with a piezoelectric crystal and a compensation circuit connected to it, the compensation circuit contains according to the invention a fixed reactance and a thermistor which are arranged and dimensioned so that the phase angle of the admittance of the compensation circuit depends on temperature fluctuations changes to such an extent that the frequency of the oscillator is substantial remains constant.

Die Erfindung wird besser an Hand der folgendenThe invention will be better understood from the following

■ Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele verstanden, die als Beispiel erläutert werden. Die Beschreibung soll in Verbindung mit den Zeichnungen, die Fig. 1 · bis 10 enthalten, gelesen werden. In den Zeichnungen zeigen■ Understand the description of some exemplary embodiments, which are explained as an example. The description is intended to be read in conjunction with the drawings including Figs. In the drawings demonstrate

Fig. 1 bis 3 drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung,1 to 3 three different embodiments of the invention,

Fig. 4 die Temperaturkennlinie einer Kristalleinheit, Fig. 5 und 6 zu den Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 äquivalente Schaltungen mit induktiven Elementen,4 shows the temperature characteristic of a crystal unit, FIGS. 5 and 6 for the circuits according to FIGS. 1 and 2 equivalent circuits with inductive elements,

Fig. 7 und 8 Anordnungen, mit welchen die frequenzbestimmenden Elemente in der Rückkopplung eines Verstärkers enthalten sind,7 and 8 arrangements with which the frequency-determining Elements are included in the feedback of an amplifier,

909 560/295909 560/295

Fig. 9 eine Schaltung mit induktiven und kapazi- temperatur eine ausreichende Kompensation in Vertiven Blindwiderstandselementen, bindung mit einem Kondensator zwischen 4 und 12 pF9 shows a circuit with inductive and capacitive temperature sufficient compensation in vertives Reactance elements, bonded with a capacitor between 4 and 12 pF

Fig. 10 eine Anordnung für eine andere Oszillator- ergeben hat. Der Kapazitätswert wird durch den type. größten Frequenzanstieg bestimmt, der kompensiertFig. 10 has shown an arrangement for a different oscillator. The capacity value is determined by the type. determines the largest increase in frequency, which compensates

-.Die. Erfindung, verwendet die Tatsache, daß die 5 werden muß. Der Wert des Widerstandes des tempe-Schwingungsfrequenz eines Kristalls nicht nur von raturabhängigen Widerstandes ist gewählt, um das seinem Schnittwinkel und seiner Stärke, sondern in größte Kompensationsverhältnis bei einer Frequenz geringerem Ausmaß auch von dem Scheinleitwert und zu ergeben, bei welcher der Abfall der Temperaturdem TBliridleitweft^; seiner' Arbeitsschaltung abhängt. kennlinie am steilsten ist.-.The. Invention, uses the fact that the 5 must be. The value of the resistance of the temperature-oscillation frequency of a crystal is chosen not only from the temperature-dependent resistance, in order to give that of its angle of intersection and its strength, but also to the greatest compensation ratio at a frequency of a lesser extent from the admittance and at which the drop in temperature leads to the flare ^; its' working circuit depends. characteristic is the steepest.

Indem diese Größe mit der Temperatur veränderlich ιό Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist in der gemacht wird, ist es bei einer geeigneten Ausführung Wirkung der gemäß Fig. 1 ähnlich, aber in diesem des Kristalls möglich, eine Steuerung auszuüben, die Falle ist die Kompensationsschaltung, die den Kondendie Frequenz'bei einer Temperaturänderung in ent- satorC2 und den temperaturabhängigen Widerstand gegengesetztem Sinne zu der natürlichen Frequenz- TH2 parallel zueinander enthält, in Reihe zu dem änderung des Kristalls ändert. Eine genaue und zu- J-5 Kristallelement CT? angeschlossen. Bei dieser Anordverlässige Kompensation kann durch Verbindung einer nung hat der temperaturabhängige Widerstand TH2 einfachen Phasenverschiebungsschaltung, in welcher bei Verwendung eines Kristallelementes mit positivem das Widerstandselement ein Thermistor, ein tempe- Temperaturkoeffizienten der Frequenz in dem interraturempfmdlicher Widerstand ist, mit dem Kristall essierenden Temperaturbereich auch einen positiven erhalten werden. 20 Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, so· daßSince this variable varies with temperature. The circuit arrangement according to FIG. 2 is made in that, with a suitable embodiment, the effect is similar to that according to FIG. 1, but in that of the crystal it is possible to exercise control; the trap is the compensation circuit , which contains the condenshefrequency in the case of a temperature change in Ent- satorC2 and the temperature-dependent resistance in the opposite sense to the natural frequency TH2 parallel to each other, changes in series with the change in the crystal. An accurate and to- J-5 crystal element CT? connected. With this arrangement reliable compensation, the temperature-dependent resistor TH2 has a simple phase shift circuit, in which when using a crystal element with positive the resistance element is a thermistor, a temperature coefficient of the frequency in the interrature-sensitive resistance, with the crystal-eating temperature range also a positive can be obtained. 20 temperature coefficients of the resistance, so that

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform seine Wirkung als Nebenschluß des Kondensators C 2 bilden der Kristall CR, dem der Widerstand R1 par- bei einem Temperaturanstieg vermindert wird. Die .allel geschaltet ist, und die Elektronenröhre VT einen wirksame Steigerung der Kapazität, die in der Schal-Teil eines üblichen Kristalloszillators, die restlichen tung auftritt, kompensiert somit die Neigung zu einem Bauteile, die nicht gezeigt sind, sind beispielsweise an ²5 Anstieg der Schwingkristallfrequenz, die Anode und Kathode der Röhre angeschlossen. In der in Fig. 3 dargestellten SchaltungsanordnungIn the embodiment shown in FIG. 1, its effect as a shunt of the capacitor C 2 is formed by the crystal CR, to which the resistance R 1 is reduced when the temperature rises. The .allel connected, and the electron tube VT an effective increase in the capacitance that occurs in the switching part of a conventional crystal oscillator, the remaining direction, thus compensates for the tendency to a component that are not shown, for example, at ² 5 rise the oscillating crystal frequency, the anode and cathode of the tube are connected. In the circuit arrangement shown in FIG

In Parallelschaltung zu den Kristallen ist ferner ein wird ein veränderbares Ausmaß der Kompensation Zweig mit einem temperaturempfindlichen Widerstand mittels eines Differentialkondensators erreicht. In THl und einem Kondensator C1 in Reihe angeordnet. dieser Schaltung sind der temperaturabhängige Wider-Dieser temperaturempfindliche Widerstand hat einen 30 stand TH 3 und ein fester Widerstand T?2 durch den negativen Temperatur-Widerstands-Koeffizienten, d.h., Differentialkondensator C 4 ungleich in Reihe mit dem sein Widerstand nimmt bei zunehmender Temperatur Kondensator C 3 gekoppelt, und die Anordnung ist ab. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich auch derart, daß die Nennfrequenz des Kristalls durch entder Phasenwinkel dieses Parallelzweiges. Bei niedrigen sprechende Einstellung weniger beeinflußt wird, als ,Temperaturen wird der Phasenwinkel, wenn sich der 35 wenn der Kondensator Cl in Fig. 1 veränderbar auswärmeabhängige . Widerstand in dem Zustand eines geführt würde.In parallel to the crystals there is also a variable extent of the compensation branch with a temperature-sensitive resistor by means of a differential capacitor. Arranged in series in THl and a capacitor C1. This circuit is the temperature-dependent resistor This temperature-sensitive resistor has a 30 stand TH 3 and a fixed resistance T? 2 by the negative temperature resistance coefficient, ie, differential capacitor C 4 unequal in series with which its resistance increases with increasing temperature capacitor C. 3 coupled, and the assembly is off. When the temperature changes, it also changes in such a way that the nominal frequency of the crystal changes through the phase angle of this parallel branch. At low speaking setting is less influenced than, temperatures, the phase angle when the 35 when the capacitor C1 in Fig. 1 is changeable heat-dependent. Resistance in the state of one would be led.

sehr hohen Widerstandswertes befindet, annähernd Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Schaltungen sindThe circuits shown in Figs. 5 and 6 are approximate

Null sein. Bei einer Temperaturabnahme wird die Im- zu den Anordnungen gemäß den Fig. 1 und 2 direkt ■pedanz des temperaturempfindlich abhängigen Wider- gleichwertig und verwenden Drosseln Ll und L 2 an Standes abnehmen, und der Phasenwinkel des Zweiges 40 Stelle der Kondensatoren Cl bzw. C2. Es wird herwird sich —90° nähern. vorgehoben, daß eine Änderung des in der Oszillator- -.■■■ Um zu "ermöglichen, daß diese Änderung der Eigen- schaltung vorhandenen induktiven Blindwiderstandes schäften des Nebenschlußzweiges zur Kompensation in ihrer Wirkung auf die Kristallarbeitsfrequenz einer der Frequenzänderung des Kristalls bei einer Tempe- Änderung entgegengesetzt ist, die erfolgt, wenn ein raturänderung wirksam wird, ist der Schnittwinkel 45 Kondensator vorhanden ist. Daher haben die tempedes Kristalls so berechnet, daß er in dem. interessieren- raturabhängigen Widerstände TH 4 und TH 5 Eigenden Temperaturbereich einen positiven Temperatur- schäften mit in bezug zu den temperaturabhängigen koeffizienten der Frequenz erzeugt. Die normalerweise Widerständen THl bzw. TH2 entgegengesetztem ■parabolische'Temperaturkennlinie wird in diesem Bei- Sinn.Be zero. In the event of a temperature decrease, the im- to the arrangements according to FIGS. 1 and 2 directly ■ pedance of the temperature-sensitive dependent counterpart and use chokes Ll and L 2 to decrease, and the phase angle of the branch 40 place the capacitors C1 and C2 . It will be approaching -90 °. emphasized that a change in the oscillator -. ■■■ In order to "enable this change in the inherent circuitry to create the inductive reactance of the shunt branch to compensate in its effect on the crystal working frequency of the frequency change of the crystal at a temperature The opposite change occurs when a temperature change takes effect, the cut angle 45 capacitor is present.Therefore, the tempedes crystals have calculated in such a way that it has a positive temperature shaft in the temperature range, which is dependent on the temperature , depending on the resistance TH 4 and TH 5 generated at the temperature-dependent coefficient of frequency with respect. the normally resistors THl or TH2 opposite ■ parabolische'Temperaturkennlinie is in this sense examples.

spiel so gelegt, daß sie ihren horizontalen Teil am 50 Es wird beobachtet, daß die Schaltungen gemäß oberen Ende des interessierenden Frequenzbereiches den Fig. 1, 2, 3, 5 und 6 typisch für die grundlegende hat. Eine typische Kurve, die zur Verwendung in Frequenzsteuerschaltung der Miller-Oszillatoren sind, dieser Schaltungsart geeignet ist, ist mit A in Fig. 4 bei welchen der Kristall eine hohe Impedanz bei der •gezeigt, wo die Frequenzänderungsverschiebung in Schwingungsfrequenz darstellt.game so placed that it has its horizontal part at 50. It is observed that the circuits according to the upper end of the frequency range of interest shown in FIGS. 1, 2, 3, 5 and 6 are typical of the basic. A typical curve suitable for use in the frequency control circuit of Miller oscillators of this type is shown at A in Fig. 4 in which the crystal has a high impedance at the • where the frequency change shift in oscillation frequency is shown.

millionste! Teilen (sf) über der Temperatur in Celsius- 55 Bei den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Anordnungen graden (T⁰C) aufgetragen ist. Die kapazitive Korn- hat der Kristall jedoch bei der Schwingungsfrequenz ponente des Stromes in dem Nebenschlußzweig neigt eine niedrige Impedanz und ist mit den Kompenzur Verminderung der Schwingungsfrequenz des sationsschaltungselementen in einer Rückkopplung ■Kristalls. Diese Wirkung nimmt mit steigender Tem- zwischen dem Eingang und Ausgang eines Verperätur zu. Durch sorgfältige Ausführung des Kristall- 60 stärkers A angeschlossen, der so ausgeführt ist; daß elementes und Auswahl der Kapazität und der Werte ' bei der Schwingungsfrequenz eine Verstärkung eindes temperaturempfindlichen Widerstandes kann die geführt wird.millionth! Divide (sf) over the temperature in Celsius-55 degrees (T ⁰ C) is plotted in the arrangements shown in FIGS. 7 and 8. The capacitive grain, however, at the oscillation frequency component of the current in the shunt branch, the crystal tends to have a low impedance and is in feedback with the compensation for reducing the oscillation frequency of the sation circuit elements. This effect increases with increasing temperature between the entrance and exit of a Verperätur. Connected by careful execution of the crystal amplifier A made so; that element and selection of the capacitance and the values' at the oscillation frequency an amplification of a temperature-sensitive resistor can be performed.

erreichbare Kompensation die Kristallfrequenz inner- Diese Oszillatortype ist besonders geeignet, woAchievable compensation the crystal frequency within- This type of oscillator is particularly suitable where

halb sehr weniger millionstel Teile über einen weiten Oberschwingungskristalle verwendet werden, um-entTemperaturbereich konstant halten. Eine typische 65 weder eine sehr große Stabilität oder eine sehr hohe ;Frequenzabweichungskurve ist mit B (Fig. 4) gezeigt. ■->■'■ Frequenz zu ergeben.half very few millionths of parts over a wide harmonic crystal are used to keep the temperature range constant. A typical 65 neither a very high stability nor a very high frequency deviation curve is shown with B (Fig. 4). ■ -> ■ '■ frequency.

Für bestimmte Kristalle mit der Resonanzfrequenz in In Fig. 7 ist eine Drossel L 3 parallel zu einemFor certain crystals with the resonance frequency in FIG. 7, a choke L 3 is parallel to one

der Größenordnung.von 10 MHz ist gefunden worden, temperaturabhängigen Widerstand TH6 dargestellt, ,daß ein temperätürabhängiger Widerstand mit einem obgleich die Drossel auch gut durch einen Koiiden-of the order of magnitude of 10 MHz has been found, temperature-dependent resistance TH6 shows that a temperature-dependent resistance with a

Widerstandswert von etwa" 2000 Ohm bei Raum- 70 'sator ersetzt werden kann, wenn der Sinn des Tempe-Resistance value of about "2000 ohms for room 70 'sator can be replaced, if the sense of the temperature

raturkoeffizienten des temperaturabhängigen Widerstandes entsprechend geändert wird. In Fig. 8 ist die Anordnung durch Schaffung eines abgestimmten Kreises empfindlicher gemacht, der einen Kondensator C5, eine Drossel L4 und das temperaturempfindliche Element, den temperaturabhängigen Widerstand TH 7, enthält.rature coefficient of the temperature-dependent resistance is changed accordingly. In Fig. 8 the arrangement is made more sensitive by creating a tuned circuit which includes a capacitor C5, an inductor L4 and the temperature sensitive element, the temperature dependent resistor TH7 .

Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung könnte jedoch durch Schaltung des temperaturabhängigen Widerstandes TH 7 in Reihe mit dem Kondensator C 5 oder durch Anordnung des temperaturabhängigen Widerstandes in Reihet mit jedem Blindwiderstandselement abgeändert werden. Eine zu dieser einigermaßen ähnliche Anordnung ist in Fig. 9 gezeigt, bei welcher getrennte Zweige in Nebenschluß zu dem Kristallelement CR eine Drossel L 5 in Reihe mit einem durch einen Widerstand R 3 überbrückten temperaturabhängigen Widerstand TH 8 bzw. einen Kondensator C 6, einen temperaturabhängigen Widerstand TH 9 und einen Widerstand R4 in Reihe enthalten. Diese Schaltung kann verwendet werden, um eine Temperaturkompensation zu schaffen, wenn sich der erforderliche Temperaturbereich über die Spitze der parabelförmigen Kurve erstreckt, die teilweise mit A in Fig. 4 gezeigt ist, und die Temperaturkemilinie des Kristalls daher über einen Teil des Bereiches der Arbeitstemperaturen positiv und über den anderen Teil negativ ist, wobei ein verhältnismäßig ebener Abschnitt zwischen den beiden Teilen vorhanden ist. Daher ist eine Temperaturkompensation in zwei Stufen erforderlich, und dies wird durch die Schaltung gemäß Fig. 9 wie folgt erreicht: Wenn ein Kristallelement mit einer ansteigenden oder positiven Temperaturkennlinie an dem Ende des Bereiches mit niedriger Temperatur vorhanden ist, nimmt der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes TH 9 mit zunehmender Temperatur ab, und da sein Widerstand im Vergleich zu dem Widerstandswert des Widerstandes A4 im Anfang hoch ist, wird tatsächlich mehr Kapazität in den Nebenschluß zu dem Kristallelement CR eingeführt, um der Neigung zum Anstieg der Schwingungsf requenz entgegenzuwirken. Diese Wirkung dauert an, bis der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes TH9 an der Spitze der Temperaturkennlinie im Vergleich zu dem Wert des Widerstandes i?4 gering ist und ein weiterer Temperaturanstieg in diesem Zweig der Kompensationsschaltung unwirksam ist, da die Wirkung des Kondensators C 6 im wesentlichen durch den Widerstand des Widerstandswertes i?4 bestimmt wird.The arrangement shown in FIG. 8 could, however, be modified by connecting the temperature-dependent resistor TH 7 in series with the capacitor C 5 or by arranging the temperature-dependent resistor in series with each reactance element. An arrangement somewhat similar to this is shown in FIG. 9, in which separate branches shunted to the crystal element CR a choke L 5 in series with a temperature-dependent resistor TH 8 bridged by a resistor R 3 or a capacitor C 6, a temperature-dependent one Resistor TH 9 and a resistor R4 included in series. This circuit can be used to provide temperature compensation when the required temperature range extends beyond the apex of the parabolic curve shown in part at A in Figure 4 and the temperature core line of the crystal is therefore positive over part of the range of operating temperatures and is negative across the other part with a relatively flat section between the two parts. Therefore, temperature compensation is required in two stages, and this is achieved by the circuit of Fig. 9 as follows: When a crystal element with a rising or positive temperature characteristic is present at the end of the low temperature range, the resistance value of the temperature dependent resistor TH increases 9 decreases with increasing temperature, and since its resistance is initially high compared to the resistance of resistor A4, more capacitance is actually shunted to crystal element CR to counteract the tendency for the frequency of oscillation to increase. This effect continues until the resistance value of the temperature-dependent resistor TH 9 at the tip of the temperature characteristic curve is low compared to the value of the resistor i? 4 and a further temperature increase in this branch of the compensation circuit is ineffective, since the effect of the capacitor C 6 im is essentially determined by the resistance of the resistance value i? 4.

Zur gleichen Zeit ist in dem induktiven Zweig der Kompensationsschaltung der temperaturabhängige Widerstand TH 8 zu Anfang im Vergleich zu dem Widerstand R3 in seinem Wert groß und hat daher geringe Wirkung bei ansteigender Temperatur, bis hinter der Spitze der Temperaturkennlinie sein Wert fortschreitend kleiner als der des Widerstandes R 3 wird. Dies steigert den in der Schaltung vorhandenen Einfluß des induktiven Widerstandes und kompensiert mit zunehmender Temperatur eine fallende und negative Eigenschaft des Kristallelementes.At the same time, in the inductive branch of the compensation circuit, the temperature-dependent resistor TH 8 is initially large in value compared to the resistor R3 and therefore has little effect when the temperature rises, until after the tip of the temperature characteristic its value is progressively smaller than that of the resistor R 3 becomes. This increases the influence of the inductive resistance present in the circuit and compensates for a falling and negative property of the crystal element with increasing temperature.

Ähnliche und umfangreichere Schaltungsanordnungen können zur Kompensation beispielsweise einer kubischen Kristallkennlinie verwendet werden, die bei Kristallen im AT-Schnitt üblich ist. Diese Anordnungen können Reihen- und/oder Nebenschlußwiderstände in Kombination mit einem Kondensator oder einem induktiven ^Blindwiderstand enthalten.Similar and more extensive circuit arrangements can be used to compensate, for example one cubic crystal characteristic can be used, which is usual for crystals in the AT cut. These arrangements can be series and / or shunt resistors in combination with a capacitor or an inductive ^ reactance included.

Die in Fig. 10 gezeigte Schaltung, die eine Drossel L 6 in Reihe mit einem temperaturabhängigen Widerstand THlO aufweist, welche Kombination'parallel zu einem Kristallelement CR angeschlossen ist, ist in einer typischen Schaltung eines Oszillators, der Pierce-Schaltung, angeordnet. Die Temperaturkompensation wird in gleicher Weise erreicht wie vorstehend beschrieben, und ähnliche Änderungen der Anordnung der Kompensationsschaltung und des Kristallelementes sind bei dieser Oszillatortypemiöglich. 'Unter 'bestimmten Umständen kann' es vorteilhaft ' sein, dieThe circuit shown in FIG. 10, which has a choke L 6 in series with a temperature-dependent resistor TH10 , which combination is connected in parallel to a crystal element CR , is arranged in a typical circuit of an oscillator, the Pierce circuit. The temperature compensation is achieved in the same manner as described above, and similar changes in the arrangement of the compensation circuit and the crystal element are possible with this type of oscillator. 'In' certain circumstances it can be 'advantageous' to use the

ίο thermische Trägheit des temperaturempfindlichen Widerstandselementes der des Kristalls, der kompensiert werden soll, anzupassen. Dieses würde wichtig sein, wenn der Oszillator dort eingebaut würde, wo Temperaturänderungen sowohl groß als auch schnell sind, beispielsweise in gelenkten Geschossen. Wo Temperaturgefälie vorhanden sind, ist es in gleicher Weise wünschenswert, daß der Kristall und das temperaturempfindliche Widerstandselement der gleichen Temperatur unterworfen werden sollen, und um dieses sicherzustellen, kann der temperaturabhängige Widerstand einteilig mit dem Kristallelement ausgeführt sein, indem der Kopf des temperaturabhängigen Widerstandes auf dem Fußteller des Kristallelementes befestigt wird.ίο thermal inertia of the temperature sensitive Resistance element to match that of the crystal that is to be compensated. This would be important if the oscillator were installed where temperature changes are both large and rapid are, for example, in guided projectiles. Wherever there is a temperature gradient, it is the same Way desirable that the crystal and the temperature sensitive resistance element be the same Temperature should be subjected, and to ensure this, the temperature-dependent resistance be made in one piece with the crystal element by the head of the temperature-dependent Resistance is attached to the base plate of the crystal element.

Schließlich ist noch zu bemerken, daß das temperaturempfindliche. Widerstandselement nicht unbedingt eine nichtlineare Kennlinie haben muß.Finally it should be noted that the temperature sensitive. Resistance element not necessarily must have a non-linear characteristic.

Claims

Patent claims:

1. Oscillator with a piezoelectric crystal and a circuit connected to it for Temperature compensation, characterized in that the compensation circuit has a fixed reactance and includes a thermistor so arranged and are dimensioned so that the phase angle of the admittance of the compensation circuit changes as a function of temperature fluctuations to such an extent and meaning that the frequency of the oscillator is essentially remains constant.

2. Oscillator according to claim 1, characterized in that the compensation circuit, the includes a capacitor in series with the temperature dependent element, in parallel with the crystal is connected and that the temperature-dependent element has a temperature coefficient of resistance has, in its sense of direction, the temperature coefficient of the frequency of the crystal is opposite over a predetermined range of the working temperature.

3. Oscillator according to claim 1, characterized in that the compensation circuit has a Contains capacitor, which is connected in parallel to the temperature-dependent element, the Circuit is connected in series to the crystal and the temperature-dependent element is one Has temperature coefficient of resistance, which is in a predetermined range of working temperatures has the same sense of direction as the temperature coefficient of the frequency of the crystal.

4. Oscillator according to claim 1, characterized in that the compensation circuit is made a choke connected in series with the temperature-dependent element in parallel with the crystal is, wherein the temperature-dependent element has a temperature coefficient of resistance has the same sense of direction as the temperature coefficient of the frequency in a predetermined range of working temperatures of the crystal has.

5. Oscillator according to claim 1, characterized in that the compensation circuit consists of consists of a choke which is connected in parallel to the temperature-dependent element, wherein the circuit is connected in series to the crystal and the temperature dependent element has a temperature coefficient of resistance, whose direction sense in a predetermined Range of working temperatures opposite to that of the temperature coefficient of frequency of the crystal is.

6. Oscillator according to claim 1, characterized in that the compensation circuit has a Contains capacitor and a choke, each in combination with a temperature-dependent Resistance element, which keeps the circuit in a predetermined range of working temperatures compensates for a positive and negative temperature coefficient of the frequency of the crystal.

7. Oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-dependent Resistance element is made in one piece with the crystal.

8. Oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal Inertia of the temperature-dependent resistance element of the thermal inertia of the Crystal is the same.

9. Oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-dependent Element has a fixed resistor connected in series.

10. Oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that a fixed Resistance is connected in parallel with the temperature-dependent element.

Considered publications:
German patent specification No. 549 067.

1 sheet of drawings