DE1416034C - Piezoelectric switching element - Google Patents
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Description
3 · . ■ ' 4 ■ ■3 ·. ■ '4 ■ ■
Es ist ferner bekannt, eine Anzahl von Elektroden- üblichen bekannten Schaltelementen erforderlich ist. paaren auf einem einzigen piezoelektrischen Element Wenn hier auf die im wesentlichen voneinander ununterzubringen. In der USA.-Patentschrift 2 799 789 abhängigen Resonatoren verwiesen wird, so bedeutet sind verschiedene Anordnungen mit zwei Resonatoren dies, daß die Resonatoren frei von meßbarer Wechselauf einem einzigen piezoelektrischen Element darge- 5 wirkung sind und daß ein Filter-Netzwerk mit einer stellt. Die Schwierigkeit dieser Konstruktion liegt Anzahl von punktförmigen Resonatoren gebildet werdarin, die unerwünschten Schwingungsmoden zu ver- den kann, das sich in seiner Wirkungsweise nicht von meiden. Ein Einspannen oder Abschrägen der Rän- einem Netzwerk aus getrennt aufgebauten Resonatoder hat verhältnismäßig wenig Einfluß. Es ist auch ren unterscheidet.It is also known that a number of electrode-common known switching elements are required. mate on a single piezoelectric element when here on the essentially unsociable from each other. In US Pat. No. 2,799,789, dependent resonators are referred to, so means are different arrangements with two resonators that the resonators are free of measurable change a single piezoelectric element are shown 5 and that a filter network with a represents. The difficulty with this construction lies in the number of punctiform resonators being formed, to destroy the undesired oscillation modes, which in its mode of action does not differ avoid. Clamping or chamfering of the edges - a network of separately constructed resonators has relatively little influence. It is also different from ren.
bekannt, die von Elektroden freien Flächen zu san- io Wenn man zunächst die elektrischen Komponentenknown to san- io the areas free of electrodes If you first consider the electrical components
dein, um die Resonanzeigenschaften zu verändern. des Wirkungsbereichs betrachtet, so ergibt sich, daßyour to change the resonance properties. of the area of action, it follows that
Es ist auch schon versucht worden, die Impedanz die elektrische Feldkomponente am Rande der Elekvon piezoelektrischen Elementen zu beeinflussen und troden rasch abfällt und daß schon im Abstand von mehrere Elektroden in Verbindung mit einem piezo- einer Plattendicke vom Elektrodenrand die Randelektrischen Element zu verwenden. Die französische 15 felder vernachlässigbar sind, selbst wenn das kera-Patentschrift 965 424 enthält .den Vorschlag, eine mische Material eine hohe DK hat. Dies gilt für den Dämpfung durch Einbetten des Randes des Schwing- Fall einer einzigen Gegenelektrode, welche die gequarzes und durch die dabei auftretenden Reibungs- samte Fläche der Platte bedeckt, und ebenso auch Verluste zu erreichen oder einen Überzug aus einem für den Fall, daß getrennte, einzelne Gegenelektroden viskosen Lack auf dem Quarz aufzubringen. 20 verwendet werden.Attempts have also been made to determine the impedance, the electric field component at the edge of the Electron To influence piezoelectric elements and trode rapidly drops and that already at a distance of several electrodes in connection with a piezo one plate thickness from the electrode edge the edge electrical Element to use. The French 15 fields are negligible, even if the Kera patent 965 424 contains the suggestion that a mixed material has a high DK. This applies to the Damping by embedding the edge of the oscillating case of a single counter electrode, which is the quartz and covered by the resulting frictional surface of the plate, and likewise To achieve losses or a coating of one in the event that separate, individual counter-electrodes to apply viscous varnish on the quartz. 20 can be used.
In dem Aufsatz »Neuartige Steuer- und Filter- Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Quarze« in der Zeitschrift »Zeitschrift für technische durch die Elektroden individuelle Resonatoren auf Physik«, 1939, Nr. 3, ist angegeben, einen Überzug einem piezoelektrischen Schaltelement gebildet werauf dem Schwingquarz anzubringen, um eine Dämp- vden, die einen vorgeschriebenen Wirkungsbereich hafungswirkung zwischen den Elektroden hervorzurufen. 35 ben, innerhalb dessen die Frequenz durch andere Re-Es ist auch schon angegeben worden, daß durch eine sonatoren beeinflußt würde. Außerhalb dieses BeVeränderung der Zahl der Elektroden die Impedanz reichs können unabhängig schwingende Resonatoren des piezoelektrischen Elementes geändert werden angeordnet werden.In the article "Novel control and filter - the invention is based on the knowledge that quartz" in the journal "Journal for technical through the electrodes individual resonators on physics", 1939, No. 3, is given a coating of a piezoelectric switching element formed werauf the quartz crystal to attach to a dampening v to which hafungswirkung a prescribed area of influence causing between the electrodes. 35 ben, within which the frequency by other Re-It has also already been indicated that would be influenced by a sonator. Outside of this change in the number of electrodes, the impedance range can be arranged to change independently vibrating resonators of the piezoelectric element.
kann. Hierzuwirdauf dieUSA.-PatentschriftTJ 194539 Gemäß der Erfindung wird die oben erwähnte Aufverwiesen. 30 gäbe dadurch gelöst, daß die Elektroden auf dercan. To this end, see U.S. Patent TJ 194539 In accordance with the invention, reference is made to the above mentioned. 30 would be solved by placing the electrodes on the
Weitere Möglichkeiten sind in den USA.-Patent- .Hauptfläche einen Abstand voneinander und von dem
schritten 1 863 372, 2 540187, 1450 246 und der Plattenrand haben, der mindestens das Dreifache der
deutschen Patentschrift 856 314 angegeben. Bei allen Plattendicke beträgt und Resonatoren bilden, die undiesen
bekannten Anordnungen werden die Elektro- abhängig voneinander schwingungsfähig sind,
den derart angebracht, daß ein Elektrodenpaar als 35 Die Erfindung bringt den Vorteil, daß das Filter
Eingang benutzt wird, um den Resonator zu erregen, oder Filterkomponenten bei kleinsten Abmessungen
während das andere Elektrodenpaar dazu dient, ein aus einem einzigen Bauteil bestehen, der im Betrieb
durch die schwingende Platte erzeugtes Signal abzu- den bekannten komplizierten Filterschaltungen gleichnehmen. Dabei schwingt jeweils die Platte als Ganzes. wertig ist. Der Subminiaturbauteil der Erfindung er-
Further possibilities are in the USA patent. Main surface a distance from one another and from which steps 1 863 372, 2 540187, 1450 246 and the plate edge have at least three times the German patent specification 856 314 specified. With all plate thicknesses and form resonators, which und these known arrangements are electrically capable of vibrating depending on one another,
The invention has the advantage that the filter input is used to excite the resonator, or filter components with the smallest dimensions while the other pair of electrodes is used to consist of a single component that is in operation The signal generated by the vibrating plate can be compared to the well-known complicated filter circuits. The plate vibrates as a whole. is valuable. The subminiature component of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei 40 leichtert die Verpackung und die Montage, hat eineThe invention is based on the object at 40 facilitates packaging and assembly, has a
einem piezoelektrischen Schaltelement kleiner Ab- hohe Lebensdauer und kann billiger hergestellt wer-a piezoelectric switching element of small size, long service life and can be manufactured more cheaply
messung die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen, den als vergleichbare übliche Filteranordnungen,measurement of the mutual influence of the individual, as comparable common filter arrangements,
auf der Platte angebrachten, individuellen Resona- Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich,Individual Resona attached to the plate A particularly simple design results,
toren zu vermeiden, so daß diese auf verschiedene wenn als Gegenelektrode eine einzige, allen Resdna-to avoid gates, so that these on different if a single counter electrode, all Resdna-
Resonanzfrequenzen eingestellt werden können. 45 toren gemeinsame Elektrode vorgesehen ist. Bei derResonance frequencies can be adjusted. 45 gates common electrode is provided. In the
Es wurde gefunden, daß für die Entstehung von Anbringung mehrerer Resonatoren kann eine Gruppe
einander unabhängiger Schwingungen der einzelnen von Resonatoren in der Resonanzfrequenz schwingen,
individuellen Resonatoren ein Parameter wichtig ist, während andere Resonatoren in der Antiresonanzder
als Wirkungsbereich definiert werden kann. Der frequenz arbeiten. In weiterer Ausbildung der Erfin-Wirkurigsbereich
ergibt sich als ein in Plattendicken 30 dung ist es vorteilhaft, wenn die Differenz zwischen
angegebener Bereich, innerhalb dessen eine Störung der Zahl der Resonatoren mit Resonanzfrequenz und
das Verhalten des individuellen Resonators maßgeb- der Zahl der Resonatoren mit Antiresonänzfrequenz
lieh beeinflussen würde. Der Wirkungsbereich enthält nicht größer als 1 ist. Mit Hilfe solcher Anordnungen
sowohl eine elektrische Wirkungskomponente, die lassen sich z. B. T- oder π-Glieder herstellen,
sich aus den elektrischen Randfeldern ergibt, und eine 55 Es kann vorteilhaft sein, ein piezokeramisches Mamechanische
Wirkungskomponente, die auf der Fort- terial für die Platte zu verwenden, daß mindestens in
pflanzung der kohärenten mechanischen Schwingun- den Bereichen zwischen den einander gegenüberliegen
in der Platte beruht, genden Elektroden der einzelnen Resonatoren ent-It has been found that a group of mutually independent vibrations of the individual resonators can vibrate in the resonance frequency for the creation of several resonators, individual resonators a parameter is important, while other resonators in the antiresonance can be defined as the effective range. The frequency work. In a further development of the Erfin effective range results as a in plate thickness 30 training, it is advantageous if the difference between the specified range within which a disruption of the number of resonators with resonance frequency and the behavior of the individual resonator is the decisive number of resonators with anti-resonance frequency would affect lent. The area of effect does not contain greater than 1. With the help of such arrangements both an electrical component that can be z. B. produce T or π links,
It can be advantageous to use a piezoceramic Mamechanical active component, which is based on the material for the plate, at least in planting the coherent mechanical oscillation areas between the opposing areas in the plate based on the electrodes of the individual resonators
Der Wirkungsbereich ist abhängig von den physi- weder in Richtung seiner Dicke oder parallel zu denThe range of action depends on the physi- neither in the direction of its thickness or parallel to the
kaiischen Eigenschaften des Plattenmaterials und von 60 Oberflächen polarisiert ist.kaiischen properties of the plate material and is polarized by 60 surfaces.
der Elektrodenform. Es wurde gefunden, daß es Die Dicke der Platte, zumindest in den Bereichenthe shape of the electrodes. It has been found that the thickness of the plate, at least in the areas
durch entsprechende Wahl der Elektrodenabstände in zwischen den Elektroden, ist vorzugsweise so gewählt,by appropriate choice of the electrode spacing in between the electrodes, is preferably chosen so
Beziehung zur Plattendicke möglich ist, unabhängig daß dadurch die verschiedenen ResonanzfrequenzenRelationship to the plate thickness is possible, regardless of the fact that thereby the different resonance frequencies
schwingende Resonatoren auf einer einzigen Platte der Resonatoren bestimmt sind. Will man jedoch mitvibrating resonators are intended on a single plate of the resonators. But you want to go with it
verhältnismäßig geringer Größe unterzubringen, d.h. 65 einer Platte gleichförmiger Dicke arbeiten, so kön-to accommodate a relatively small size, i.e. 65 work on a plate of uniform thickness,
von einer Größe, die sich für den Aufbau von Sub- nen die Elektroden der Resonatoren verschiedeneof a size that is different for the construction of sub-electrodes of the resonators
miniatur-Schaltelementen eignet und nur einen win- Dicke besitzen, die so gewählt sind, daß sich verschie-miniature switching elements are suitable and only have a win- thickness, which are chosen so that different
zigen Bruchteil des Raumes beansprucht, der bei dene Resonanzfrequenzen ergeben. Für die Bemes-umpteen fraction of the space that results from the resonance frequencies. For the rated
5 65 6
sung hatte sich als vorteilhaft erwiesen, daß der sich die gewünschte Schwingungsform ergibt. So kannsolution had proven to be advantageous that the desired waveform results. So can
Durchmesser der Elektroden auf der einen Seite der z. B. ein O°-Z-Schnitt von Kaliumtartrat verwandtDiameter of the electrodes on one side of the z. B. related to an O ° -Z cut of potassium tartrate
Platte nicht größer als das 8fache der Dicke der werden für eine Dickenscherschwingung oder einPlate no greater than 8 times the thickness of the will for a thickness shear oscillation or a
Platte ist. O°-Y-Schnitt von Lithiumsulfat für eine Dickendeh-Plate is. O ° -Y section of lithium sulfate for a thickness expansion
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den S nungsschwingung.Further details of the invention go from the S voltage oscillation.
im folgenden in Zusammenhang mit den Zeichnungen . Vorzugsweise wird die Platte aus einem polarisierbeschriebenen Ausführungsbeispielen hervor. ' baren ferroelektrischen keramischen Material, wie hereinafter in connection with the drawings. Preferably, the plate emerges from an exemplary embodiment described in polarization. 'Available ferroelectric ceramic material, such as
Fig. 1 zeigt schaubildlich eine vergrößerte An- z. B. Bariumtitanat, Bleizirkonattitanat oder verschie-1 shows a diagrammatic enlarged view. B. barium titanate, lead zirconate titanate or various
sicht einer Ausführungsform einer piezoelektrischen denen chemischen Modifikationen davon hergestellt.View of an embodiment of a piezoelectric which chemical modifications thereof are made.
Schaltkomponente für einen Wellenfilter gemäß der io Polarisierbare ferroelektrische keramische StoffeSwitching component for a wave filter according to the io Polarizable ferroelectric ceramic materials
Erfindung; · der beschriebenen Art werden oft als piezoelektrischeInvention; · Of the type described are often called piezoelectric
Fig. 2 ist eine .Draufsicht auf die in Fig. 1 ge- keramische Stoffe bezeichnet, weil sie durch Anwen-FIG. 2 is a plan view of the ceramic materials designated in FIG. 1 because they are
zeigte Komponente; ' dung eines starken elektrischen Gleichfeldes in einenshowed component; Generation of a strong electric field into one
F i g. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Zustand gebracht werden können, d. h. elektro-F i g. 2, wobei auch die Anschlüsse eingezeichnet 15 statisch polarisiert werden können, in dem sie ähnwurden; ■ liehe elektromechanische Eigenschaften zeigen, wie v F i g. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Filterkompo- Quarz, Rochelle-Salz und ähnliche kristalline Stoffe, nente in den Fig. 1 bis 3; Wenn die Resonatoren 26 und 28 in der Dicken-F i g. 3 shows a section along line 3-3 that can be brought into condition, ie electro-F i g. 2, with the connections also drawn in 15 being able to be statically polarized by making them similar; ■ borrowed electromechanical properties show how v F i g. 4 shows an equivalent circuit diagram of the filter composite quartz, Rochelle salt and similar crystalline substances, components in FIGS. 1 to 3; If the resonators 26 and 28 in the thickness
Fig. 5 zeigt, ähnlich wie Fig. 1, eine abgewandelte dehnungsschwingung schwingen sollen, werden zu-Fig. 5 shows, similar to Fig. 1, a modified expansion oscillation should oscillate,
Ausführungsform mit darin enthaltenen Schaltver- 20 mindest die Teile der Platte 12, die zwischen denEmbodiment with included switching 20 at least the parts of the plate 12 between the
bindungen; . Elektroden 18 und 22 bzw. 20 und 24 liegen, in ihrerties; . Electrodes 18 and 22 or 20 and 24 are in their
F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß Dickenrichtung polarisiert, d. h. senkrecht zu denF i g. 6 shows another embodiment polarized according to the thickness direction, i. H. perpendicular to the
der Erfindung; Ebenen der Oberflächen 14 und 16. Dies kann durchthe invention; Planes of surfaces 14 and 16. This can be done by
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 6 ge- Anlegen der erforderlichen Gleichspannung zwischenFIG. 7 is a plan view of the application of the required DC voltage between FIG. 6
zeigte Filterkomponente; 35 den Elektrodenpaaren 18 und 22 bzw. 20 und 24 er-showed filter component; 35 the electrode pairs 18 and 22 or 20 and 24
F i g. 8 ist ein Schnitt entlang der Linie 8-8 in reicht werden. Das Element 10 kann hergestellt wer-F i g. Figure 8 is a section taken along line 8-8 in Figure 8. The element 10 can be manufactured
Fig. 7; ' den, indem großflächige Elektroden auf beide Ober-Fig. 7; '' by placing large-area electrodes on both surfaces
F i g. 9 ist ein Ersatzschaltbild der in den F i g. 6, flächen aufgebracht werden, wonach die ganze PlatteF i g. 9 is an equivalent circuit diagram of that shown in FIGS. 6, surfaces are applied, after which the whole plate
7 und 8 gezeigten Komponente; 12 polarisiert wird und wonach ein Teil der Elektrode7 and 8 component shown; 12 is polarized and after which part of the electrode
Fig. 10 ist eine entsprechende Ansicht wie Fig. 7 30 von einer oder beiden Oberflächen entfernt wird, umFig. 10 is a view corresponding to Fig. 7 being removed from one or both surfaces in order to
einer weiteren Ausführungsform der Filterkompo- die gewünschten Arbeitselektroden zurückzulassen,another embodiment of the filter composite to leave the desired working electrodes behind,
nente; Für den Betrieb der Resonatoren 26 und 28 mitnente; For the operation of the resonators 26 and 28 with
Fig. 11 ist ein Ersatzschaltbild für die Filterkom- einer Dickenscherschwingung wird die Platte 12 oder11 is an equivalent circuit diagram for the filter component of a thickness shear oscillation, the plate 12 or
ponente derFig. 10; zumindest die Teile davon, die zwischen den betref-component of fig. 10; at least those parts of it that are between the
Fig. 12 zeigt die Frequenzcharakteristik einer 35 fenden gegenüberliegenden Elektroden liegen, inFig. 12 shows the frequency characteristics of an opposing electrode located in
typischen Filterkomponente der in den F i g. 6 bis 8 einer Richtung parallel zu den Oberflächen polarisiert,typical filter component of the FIG. 6 to 8 polarized in a direction parallel to the surfaces,
gezeigten Art. Im allgemeinen dürfte es jedoch einfacher sein, dieshown. In general, however, it should be easier to use the
Die einfachste Form einer piezoelektrischen Filter- Platte 12 in Richtung der Dicke zu polarisieren, wes-The simplest form of a piezoelectric filter plate 12 to polarize in the direction of the thickness, wes-
komponente 10 ist in den F i g. 1, 2 und 3 dargestellt. halb die Dickendehnungsschwingung der Resonatorencomponent 10 is shown in FIGS. 1, 2 and 3 shown. half the thickness oscillation of the resonators
Das Element 10 enthält eine relativ dünne, flache 40 für die Zwecke der Erfindung bevorzugt wird.The element 10 includes a relatively thin, flat 40 which is preferred for the purposes of the invention.
Platte 12 aus piezoelektrischem Material. Gewisse Die Dicke der Platte 12 bestimmt sich hauptsäch-Plate 12 made of piezoelectric material. Certain The thickness of the plate 12 is mainly determined
Merkmale der Gestalt und der Abmessungen der lieh durch die Grundfrequenzen der Resonanz des be-Features of the shape and dimensions of the borrowed by the fundamental frequencies of the resonance of the
Platte 12 sind von grundsätzlicher Bedeutung und treffenden Resonators. Es ist notwendig, daß sich diePlate 12 are of fundamental importance and appropriate resonator. It is necessary that the
sollen nun im einzelnen beschrieben werden. Grundfrequenzen der betreffenden Resonatoren hin-shall now be described in detail. The fundamental frequencies of the resonators concerned
Auf den Oberflächen 14 und 16 besitzt die Platte 45 reichend voneinander unterscheiden, um zu ermög-12 zwei Elektroden 18, 20 und Gegenelektroden 22, liehen, daß der eine als ein in Serie geschaltetes 24. Die Elektroden auf den Oberflächen der Platte 12 Glied und der andere als ein parallelgeschaltetes sind einander gegenüberliegend angeordnet, so daß Glied des Netzwerkes der Siebkette arbeitet. Aus sie Elektrodenpaare bilden, wobei einander zugeord- praktischen Gründen lautet in den meisten Fällen die nete Elektroden mit dem dazwischenliegenden piezo- 5° gewünschte Frequenzbeziehung zwischen den Resoelektrischen Material zusammenwirken und piezo- natoren, daß die Resonanzfrequenz des einen prakelektrische Resonatoren bilden. Die Elektroden 18 tisch mit der Antiresonanzfrequenz des anderen zu- und 22 bilden einen Resonator 26 und die Elektro- sammenfällt. Da die Resonanzfrequenz sowohl der den 20 und 24 einen Resonator 28. Die Elektroden Dickenscherschwingung als auch der Dickendehnungsan einer der Oberflächen können durch eine einzelne 55 schwingung der Resonatoren eine Funktion der Dicke Elektrode ersetzt werden, die die ganze Oberfläche des piezoelektrischen Materials ist, kann man die geüberdeckt und die eine derartige Gestalt, Abmessung wünschte Frequenzbeziehung dadurch erhalten, daß und Lage besitzt, daß sie den Elektroden auf der die Dicke der Platte 12 zwischen den betreffenden anderen Oberfläche gegenüberliegt. Elektrodenpaaren verschieden ist. Wenn jedoch dieOn the surfaces 14 and 16, the plate 45 has enough to distinguish it from one another to enable 12 two electrodes 18, 20 and counter electrodes 22, lent that one as a series connected 24. The electrodes on the surfaces of the plate 12 member and the other as one connected in parallel are arranged opposite one another, so that the link of the network of the sieve chain works. Out they form pairs of electrodes, where practical reasons associated with each other are in most cases that Nete electrodes with the intervening piezo-5 ° desired frequency relationship between the resoelectrics Work together material and piezo- nators that the resonance frequency of the one prakelectric Form resonators. The electrodes 18 table with the antiresonant frequency of the other and 22 form a resonator 26 and the electrons coincide. Since the resonance frequency of both the 20 and 24 a resonator 28. The electrodes thickness shear vibration as well as the thickness strain one of the surfaces can be a function of the thickness by a single oscillation of the resonators Electrode, which is the whole surface of the piezoelectric material, can be covered over and the frequency relationship desired such shape, dimension is obtained by and position that it has the electrodes on the the thickness of the plate 12 between the relevant opposite surface. Electrode pairs is different. However, if the
Die beiden Resonatoren 26 und 28 haben Vorzugs- 60 Frequenzdifferenz und folglich die Differenz in derThe two resonators 26 and 28 have a preferred frequency difference and consequently the difference in frequency
weise dieselbe Dickenschwingung. Die Dickenschwin- Dicke klein ist, wird es vorgezogen, die Platte 12 mithave the same thickness oscillation. If the thickness is small, it is preferred to use the plate 12 with
gungen können entweder Dickendchnüngs- oder gleichmäßiger Dicke (so daß beide Resonatoren die-can either be narrowed in thickness or of uniform thickness (so that both resonators
Dickenschcrschwingungcn sein. Die Platte 12 besteht selbe Grundfrequenz besitzen würden) herzustellenThickness shear vibrations. The plate 12 consists of the same fundamental frequency)
aus einem monokristallincn piezoelektrischen Mate- und den Frequenzunterschied durch Erhöhen derfrom a monocrystalline piezoelectric material and the frequency difference by increasing the
rial, wie Ouarz, Rochclle-Salz (Dikaliumtarlrat), Li- 65 Dicke der Elektroden von einem der Resonatoren zurial, such as Ouarz, Rochclle's salt (dipotassium tarrat), Li-65 thickness of the electrodes of one of the resonators
Ihitimsulfatoder ähnlichen Materialien, deren Oricn- erhalten. Natürlich kann eine Kombination der Plat-Ihitimsulfate or similar materials whose oricn- obtained. Of course, a combination of the plat-
licrung im Hinblick auf die kristallographisclicn Ach- ten- und P.lcktrodendickc verwandt werden, um dielicrung with regard to the crystallographic figure-eight and P.lcktrodendickc be used to
sen in an sich bekannter Weise so gewählt ist, daß Frequenzen einzustellen.sen is selected in a manner known per se so that frequencies are set.
Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 sind Elek- eine Dicke von etwa 0,2 mm. Gemäß den oben an-In the embodiment of FIG. 3 are elec- a thickness of about 0.2 mm. According to the above
tr.oden verschiedener Dicke zum Einstellen der Fre- gegebenen Parametern der Abmessung, die auf einemtr.oden of different thickness for setting the released parameters of the dimension, which on a
quenz gezeigt. Der Dickenunterschied 1st jedoch über- D/T-Verhältnis von 8 und einem SIT-Verhältnissequence shown. The difference in thickness, however, is over a D / T ratio of 8 and a SIT ratio
trieben dargestellt, um das Vorhandensein des Unter- von 5 basieren, beträgt der Durchmesser der Elektro-Drifts shown to be based on the presence of the sub- of 5, the diameter of the electric
schieds in der Zeichnung hervorzuheben. Die Elek- 5 den 18 und 20 etwa 1,6 mm, und die Platte 12 besitztdifferent to emphasize in the drawing. The electrodes 5 the 18 and 20 about 1.6 mm, and the plate 12 has
. troden 18 und 22 sind also dünner als die Elektroden eine Länge von etwa 5 mm und eine Breite von etwa. electrodes 18 and 22 are thinner than the electrodes a length of about 5 mm and a width of about
20 und 24, so daß der Resonator 26 eine Grund: 4mm. 20 and 24, so that the resonator 26 has a reason : 4mm.
frequenz hat, die um einen angemessenen Betrag F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Anhöher ist als die des Resonators 28. Wie bereits er- Schlüsse der Elektroden des Elements 10 für eine wähnt.wurde, kann man die Differenz der Frequen- io Arbeitsweise als »!,«-Glied-Filter. Der Leiter 30 verzen so wählen, daß sich eine Siebkette herstellen läßt. bindet die Elektrode 18 mit einer Eingangsklemme A, Der Einfachheit halber soll jedoch in den hier be- der Leiter 32 die Elektroden 22 und 24 mit einer schriebenen Ausführungsbeispielen angenommen wer- Ausgangsklemme B und der Leiter 34 die Elektrode den, daß sie entweder in Resonanz oder Antiresonanz 20 mit einem Erdanschluß G. Um den Vergleich mit mit einer Frequenz in der Mitte des gewünschten 15 der in Fig. 4 dargestellten Ersatzschaltung zu ver-Bandpasses sind. Danach besitzt der Resonator 26 einfachen, schließen die Verbindungen der in F i g. 3 eine Resonanzfrequenz, die in der Mitte des ge- dargestellten Anschlußklemmen geerdete Eingangswünschten Bandpasses liegt und mit der Antiresonanz- und Ausgangsklemmen A' und B' ein, um den Kreis frequenz des Resonators 28 zusammenfällt. Zur Ver- zu schließen.frequency has increased by a reasonable amount F i g. 3 shows a schematic representation of the Anhöher than the 28th of the resonator As ER conclusions of the electrodes of the element 10 for a wähnt.wurde, can be the difference between the frequencies io operation as "," - element filter. The conductor 30 choose verzen so that a sieve chain can be produced. However binds the electrode 18 to an input terminal A, the sake of simplicity in this case the conductor 32 designate the electrodes advertising believed 22 and 24 with a prescribed embodiments output terminal B and the conductor 34, the electrode to be employable either resonated or Antiresonance 20 with a ground connection G. In order to compare with a frequency in the middle of the desired 15 of the equivalent circuit shown in FIG. 4 are to be bandpassed. Thereafter, the resonator 26 has simple, the connections include the in F i g. 3 a resonance frequency which lies in the middle of the illustrated connection terminals of the earthed input desired bandpass and with the antiresonance and output terminals A ' and B' coincides with the circular frequency of the resonator 28. To close.
einfachung der Bezeichnung sollen die Resonatoren, ao Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Ersatzschal-To simplify the designation, the resonators should, ao As shown in Fig. 4, the equivalent circuit contains
die dem Resonator 26 entsprechen, im folgenden als tung sowohl im Serienzweig als auch im Parallelzweigwhich correspond to the resonator 26 , hereinafter referred to as the device both in the series branch and in the parallel branch
Serienresonatoren und diejenigen, die dem Resonator des »L«-Glieds eine Induktionsspule Ln, und einenSeries resonators and those that add an induction coil L n , and a
28 entsprechen, als Parallelresönatoren bezeichnet Kondensator Cm, die in Reihe geschaltet sind und 28 correspond, referred to as parallel resonators, capacitor C m , which are connected in series and
werden. . denen ein Kondensator Ce parallel geschaltet ist.will. . which a capacitor C e is connected in parallel.
Die wirksame Fläche bzw. der Wirkungsbereich 25 Diese Kombination von Dm, Lm und Ce stellt jeweilsThe effective area or the effective area 25 This combination of D m , L m and C e represents in each case
der Elektroden des betreffenden Resonators ist von das Analogon der Masse, des Federungswiderstandesof the electrodes of the resonator in question is of the analogue of the mass, the suspension resistance
Bedeutung und ist eine Funktion der Dicke der Platte und der elektrischen Kapazitanz des Resonators, dar.Meaning and is a function of the thickness of the plate and the electrical capacitance of the resonator.
12. Während diese Fläche innerhalb gewisser Gren- Wie durch die gestrichelt gezeichneten Kästchen 26 12. While this area is within certain limits as indicated by the boxes 26 shown in dashed lines
zen gewählt werden kann, um die gewünschte Impe- und 28 angedeutet ist, ist der Schaltungsteil, der diezen can be chosen to the desired Impe and 28 is indicated, is the circuit part that the
danz zu erreichen, ist es notwendig, ihre maximale 30 Serien- und Parallelzweige des »L«-Glieds darstellt,To achieve this, it is necessary to represent their maximum of 30 series and parallel branches of the "L" link,
Größe zu begrenzen, um ein ungestörtes Ansprechen verkörpert durch und ersetzt von den entsprechendSize limit to an undisturbed response embodied by and replaced by the appropriately
zu erhalten. Obwohl es nicht ganz sicher ist, weshalb bezifferten Resonatoren des Elements 10. Diese Dar-to obtain. Although it is not entirely certain why numbered resonators of element 10
dies der Fall ist, trifft vermutlich die Erklärung zu, stellungsweise der Zuordnung einzelner ResonatorenIf this is the case, the explanation probably applies to the assignment of individual resonators
daß Reflektionen an den Rändern der Platten erfol- zu der Ersatzschaltung wird auch bei den übrigenthat reflections occur at the edges of the panels. The equivalent circuit is also used for the others
gen. Darüber hinaus ist zu bemerken, daß der mecha- 35 Zeichnungen verwandt.In addition, it should be noted that the mechanical 35 drawings are related.
nische Gütefaktor des Aufbaues der einzelnen Reso- F i g. 5 zeigt ein Filterelement 10', das ähnlich demnical quality factor of the structure of the individual reso- F i g. 5 shows a filter element 10 'which is similar to that of FIG
natoren mit steigender Elektrodengröße fällt. Zufrie- ■ in F i g. 1 gezeigten ist, das jedoch Elektroden 20 undnators decreases with increasing electrode size. Satisfaction ■ in FIG. 1, but with electrodes 20 and
denstellende Ergebnisse wurden mit Elektrodendurch- 24 besitzt, die nach Art eines »L«-Glieds mit Hilfetory results has with Elektrodendurch- 24, the manner of an "L" with the help -Glieds
messern' erreicht, die zwischen 0,794 und 4,762 mm eines Streifens 32' aus leitendem Material verbundenknives 'reached between 0.794 and 4.762 mm of a strip 32' of conductive material connected
liegen, bei Resonanzfrequenzen von 4 bis 10 Mega- 4° sind, das direkt auf die Oberfläche 16 der Platte 12 are at resonance frequencies of 4 to 10 mega-4 °, which are directly on the surface 16 of the plate 12
hertz. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 sollte das aufgebrächt ist, wie z. B. durch Verfahren,'die vonhertz. Referring to Figs. 2 and 3, this should be applied, e.g. B. by procedures' by
Verhältnis der Elektrodendurchmesser D zu der Plat- der Herstellung gedruckter Schaltungen bekannt sind,The ratio of the electrode diameter D to the plate of the printed circuit manufacture is known,
tendicke T den Wert 8 nicht wesentlich überschreiten. Daraus geht hervor, daß ein vollständiges »L«-GliedThe thickness T does not significantly exceed the value 8. It follows that a complete "L" -link
Vorzugsweise soll D/T zwischen 4 und 8 liegen. eines Filters in einem einzigen Element enthalten ist,Preferably D / T should be between 4 and 8. of a filter is contained in a single element,
Ein kritischer Faktor bei piezoelektrischen Reso- 45 das bei einer Frequenz von 10 Megahertz ein VolumenA critical factor in piezoelectric resonators is the volume at a frequency of 10 megahertz
natoren nach der Erfindung ist der Abstand S der von 3,3 · lO~3cm3 hat.According to the invention, the distance S is 3.3 · 10 -3 cm 3 .
Elektroden voneinander und zu dem begrenzenden Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen ein anderes Ausfüh-Rand
der Platte. Der Abstand S ist eine Funktion der rungsbeispiel. Das piezoelektrische Resonatorelement
Plattendicke T. Ein Verhältnis SIT von 3 ist notwen- 110 enthält eine verhältnismäßig dünne, flache Platte
dig, jedoch wird ein Verhältnis von 5 oder mehr vor- 50 Ϊ12 eines kristallinen oder piezoelektrischen keramigezogen.
In diesem Zusammenhang wird darauf hin- sehen Materials. Auf den Oberflächen 114 und 116
gewiesen, daß die Unterschiede in der Plattendicke, der Platte 112 sind ringförmige Elektroden 118 a,
die vorgesehen werden können, um die erwähnten, 118 b und 120 angebracht und zugeordnete Gegengewünschten
Frequenzbeziehungen zu erhalten, nicht elektroden 122 a, 122 δ und 124 auf den gegenübereine
solche Größe besitzen dürfen, daß sie die Ver- 55 liegenden Seiten, um drei piezoelektrische Resonatohältnisse
DIT und SIT merklich beeinflussen. Der be- ren 126a, 126 b und 128 zu bilden. Der Durchmesser
sondere Abstand ist erforderlich, um Wechselwirkun- der Elektroden beträgt nicht mehr als das 8fache der
geh zwischen den betreffenden Resonatoren zu ver- Dicke der Platte 112 und vorzugsweise nicht weniger
meiden und um den Einfluß der Plattenränder auf die als das 6fache dieser Abmessung. Die Elektroden be-Resoriatoren
auf ein Minimum herabzusetzen. 60 sitzen voneinander und von der Umrandung der Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Filterkompo- Platte einen Abstand von mindestens dem 3fachen
nente 10 ist die einfachste Aüsführungsform gemäß und vorzugsweise dem 5fachen der Plattendicke,
der Erfindung. Die Gestalt und die seitlichen Abmes- Obwohl an sich jede Verteilung der Elektroden auf
sungen der Platte 12 sind so gewählt, daß die Größe der Platte 112 verwandt werden kann, die den obendcs
Hlements und die Menge des benötigten piezo- 65 erwähnten Anforderungen genügt, wurden im Interelektrischen
Materials möglichst klein gehalten sind. esse einer minimalen Größe des Elements die Elek-Ik-i
einem praktischen Ausführungsbeispiel besitzt troden so angeordnet, daß ihre Zentren mit den
das HIc-M)CiIt 10, das für 10 Megahertz, entworfen'ist, F.ckeii eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen,Electrodes from each other and to the delimiting Figures 6, 7 and 8 show another embodiment edge of the plate. The distance S is a function of the approximate example. The piezoelectric resonator element plate thickness T. A ratio SIT of 3 is necessary. 110 contains a relatively thin, flat plate dig, but a ratio of 5 or more is preferred to 50 12 of a crystalline or piezoelectric ceramic. In this context, see material. On the surfaces 114 and 116 indicated that the differences in the plate thickness, the plate 112 are annular electrodes 118 a, which can be provided to obtain the mentioned, 118 b and 120 attached and associated counter-desired frequency relationships, not electrodes 122 a, 122 δ and 124 on the opposite side may be of such a size that they noticeably influence the lying sides by three piezoelectric resonance ratios DIT and SIT. The loading ren 126a, 126b and form the 128th The diameter of the special distance is necessary to avoid the interaction of the electrodes more than 8 times the thickness of the plate 112 and preferably not less than the thickness of the plate 112 and to avoid the influence of the plate edges on than 6 times this dimension. The electrodes be resorbed to a minimum. 60 sit from each other and from the border of the The filter composite plate shown in FIGS. 1 and 2 a distance of at least 3 times the nente 10 is the simplest embodiment according to and preferably 5 times the plate thickness,
the invention. The shape and the lateral dimensions, although in principle every distribution of the electrodes on solutions of the plate 12 are chosen so that the size of the plate 112 can be used, which meets the requirements mentioned above and the amount of piezo-65 required are kept as small as possible in the interelectric material. esse a minimal size of the element the Elek-Ik-i has a practical embodiment electrodes arranged so that their centers coincide with the HIc-M) CiIt 10, which is designed for 10 megahertz, F.ckeii of an equilateral triangle,
• 309 610/85• 309 610/85
9 109 10
dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Platte können die Elektroden des Elements 110 in der fol-112
zusammenfällt, die kreisförmig ausgebildet ist. genden Weise verbunden werden:
Wie am besten in F i g. 8 zu erkennen ist, besitzen die Die Elektrode 118 des Serienresonators 126 wird
Elektroden 118 a, 1186, 122 a, 122 & eine gleich- mit der Elektrode 120 a mit Hilfe eines Streifens aus
mäßige Dicke, so daß entsprechende Resonatoren 5 leitendem Material 132' auf der oberen Oberfläche
126a und 1260 dieselbe Resonanzfrequenz besitzen. der Platte 112 verbunden, die in Fig. 10 gezeigt ist.
Die Elektroden 120 und 124 des dritten Resonators Die andere Elektrode 122 des Serienresonators 126
128 sind um einen Betrag dicker, der notwendig ist, wird mit der Elektrode 124 b des Parallelresonators
um diesem Resonator in der Antiresonanzfrequenz 128 b durch einen Streifen 132' aus leitendem Mateschwingen
zu lassen, die praktisch mit der Resonanz- io rial auf der Unterseite der Platte 112 verbunden. Die
frequenz des Resonators 126 a und 126 δ zusammen- . übrigen beiden Elektroden 124 a und 1206 der Parfällt.
Diese spezielle Frequenzbeziehung wurde für allelresonatoren 128 a und 128 b werden in irgendein
Element gewählt, das als Γ-Glied arbeitet. einer Weise verbunden, wie schematisch durch denwhose center point with the center point of the plate can coincide the electrodes of the element 110 in the fol-112, which is circular. connected in the following way:
As best shown in FIG. The electrode 118 of the series resonator 126 is electrodes 118 a, 1186, 122 a, 122 & an equal to the electrode 120 a with the help of a strip of moderate thickness, so that corresponding resonators 5 conductive material 132 ' on the top surface 126a and 1260 have the same resonance frequency. the plate 112 shown in FIG. The electrodes 120 and 124 of the third resonator The other electrode 122 of the series resonator 126 128 are thicker by an amount which is necessary, with the electrode 124 b of the parallel resonator around this resonator in the antiresonant frequency 128 b by a strip 132 'of conductive material oscillations to let that practically connected to the resonance io rial on the underside of the plate 112. The frequency of the resonator 126 a and 126 δ together. remaining two electrodes 124 a and 1206 of the Parffall. This special frequency relationship was chosen for allele resonators 128 a and 128 b are selected in any element that works as a Γ-term. connected in a manner as schematically illustrated by the
Die Elektroden an einer Oberfläche der Platte 112, Leiter 134 angedeutet ist. In der Praxis kann dies z. B. der Elektroden 122 a, 1226 und 124 auf der 15 durch äußere Verdrahtung, durch leitende Streifen, Oberfläche 116 sind mit Hilfe von Streifen aus elek- die sich über die Ränder der Platte 112 erstrecken, trisch leitendem Material 132' verbunden, die auf erreicht werden, oder in dem die leitfähigen Streifen diese Oberfläche aufgebracht werden. Wahlweise an dem Rand der Platte verzweigt werden, so daß können die Elektroden 122 a, 122 b und 124 durch sich die Verzweigungen zu den Elektroden in der geeine einzige große rechteckige Elektrode hinreichen- 20 wünschten Weise erstrecken. Durch Vergleich der der Größe ersetzt werden,.die den Elektroden 118a, Fig. 10 mit der Ersatzschaltung, die in Fig. 11 ge-118 & und 120 auf der Oberfläche 114 gegenüberliegt. zeigt ist, ergibt sich, daß der Reihenresonator 126 den Ferner kann die Oberfläche 116 vollkommen mit Reihenzweig eines π-Gliedes zwischen der Eingangseiner einzigen Elektrode bedeckt sein. Die Elektrode klemme A und der Ausgangsklemme B bildet und 118 a ist mit der Eingangsklemme A über den Leiter 25 daß die Parallelresonatoren 128 a und 1286 die Par-130 verbunden. Die Elektrode 118 & ist mit der Aus- allelzweige bilden.The electrodes on one surface of the plate 112, conductor 134 is indicated. In practice this can be e.g. B. the electrodes 122 a, 1226 and 124 on the 15 through external wiring, through conductive strips, surface 116 are connected with the help of strips of electrically conductive material 132 'which extend over the edges of the plate 112, the can be achieved, or in which the conductive strips are applied to this surface. Optionally, are branched at the edge of the plate so that the electrodes can 122 a, 122 b and 124 through the branching to the electrodes in the geeine single large rectangular electrode 20 extend obtain reasonable desired manner. By comparing the size to be replaced. That the electrodes 118a, Fig. 10 with the equivalent circuit, which in Fig. 11 ge-118 & 120 on the surface 114 is opposite. Further, the surface 116 may be entirely covered with a series branch of a π-member between the input of a single electrode. The electrode terminal A and the output terminal B forms and 118a is that the parallel resonators 128 a and the par 130 is connected to the input terminal A via conductor 25 1286th The electrode 118 & is used to form the common alien branches.
gangsklemme B über den Leiter 132 und die Elek- Durch Anwendung dieser Prinzipien kann eine
trode 120 mit Erde über den Leiter 134 verbunden. große Vielfalt komplizierter Filternetzwerke mit jeder
Die einzelnen, nicht gezeigten Streifen des leitenden gewünschten Zahl von Untereinheiten auf ein einMaterials
auf der Oberfläche 114 können verwandt 30 ziges, verhältnismäßig einfaches Resonatorelement
werden, um Anschlußverbindungen an den Rändern reduziert werden. ·
der Platte 112 vorzusehen, wenn dies erwünscht ist. Dabei kann eine praktisch unbegrenzte Anzahl vonthrough terminal B via the conductor 132 and the electron by applying these principles, a trode 120 connected to the ground via the conductor 134th great variety of intricate filter networks with each one, not shown, of the conductive desired number of subunits on one material on surface 114 can be used to make relatively simple resonator elements to reduce terminal connections at the edges. ·
of plate 112 if so desired. A practically unlimited number of
Die Ersatzschaltung des Filterelementes 110 mit Variationen und Kombinationen ausgeführt werden, den verbundenen Elektroden, die in F i g. 8 gezeigt die entsprechend den vorliegenden Anforderungen ist, ist in der Fig. 9 dargestellt. Diese Ersatzschal- 35 den gewünschten Netzwerken angepaßt sind. Eine tung zeigt, daß das Element 110 als ein Γ-Glied ar- Anzahl von verschiedenen Resonatorelementen nach beitet, das aus Resonatoren 126 α und 126 b besteht, irgendeinem der Ausführungsbeispiele können z. B. die dieselbe Resonanzfrequenz (in der Mitte des in geschichteter Anordnung mit geeigneten Halterun-Bandpasses) besitzen und in Reihe geschaltet 'sind, gen und Vorkehrungen für Anschlußkontakte aufeinum den Reihenzweig des Glieds zu bilden, und das 40 andergestapelt werden.The equivalent circuit of the filter element 110 can be performed with variations and combinations of the connected electrodes shown in FIG. 8 which is in accordance with the present requirements is shown in FIG. These replacement scarfs are adapted to the desired networks. A device shows that the element 110 as a Γ-member ar- number of different resonator elements after working, which consists of resonators 126 α and 126 b , any of the embodiments can, for. B. which have the same resonance frequency (in the middle of the layered arrangement with suitable holding bandpass pass) and are connected in series, gene and provisions for connecting contacts to form the series branch of the link, and the 40 are stacked on top of one another.
einen Resonator 128 in Antiresonanz (bei derselben Fig. 12 zeigt die Bandpaßcharakteristik einesa resonator 128 in anti-resonance (in the same Fig. 12 shows the bandpass characteristic of a
Frequenz) besitzt, der den Parallelzweig des T-Glieds typischen T-Gliedes eines Filterelementes, wie es z.B.Frequency), which has the parallel branch of the T-member typical T-member of a filter element, as it is e.g.
bildet. in F i g. 8 dargestellt ist. Dieses Filterelement bestehtforms. in Fig. 8 is shown. This filter element consists
Durch Änderung der Frequenzbeziehungen des be- aus einem kreisförmigen Plättchen aus piezoelektritreffenden Resonatorelements 110 und durch eine ge- 45 schem keramischem Material, das einen Durchmesser eignete Verbindung der Elektroden kann ein π-Glied von 9 mm und eine praktisch gleichförmige Dicke von 110' (Fig. 10) hergestellt werden. Bei dem Element 0,2mm besitzt. Die Serienresonatoren sind auf eine 110' werden die betreffenden Dicken so gewählt, daß zentrale Frequenz von 10,6 Megahertz abgestimmt, nur eine Resonator 126 eine Resonanzfrequenz in Die Elektroden haben einen Durchmesser von 1,2 mm der Mitte des Bandpasses besitzt, während die Anti- 50 und haben voneinander und von dem Rand des Plättresonanzfrequenz der übrigen beiden Resonatoren chens einen Abstand von 1,6 mm. Die gesamte Ein-128 a und 1286 praktisch mit dieser Resonanz- heit hat ohne die Leitungen ein Volumen von etwa frequenz zusammenfällt. Um ein π-Glied zu bilden, 2,6· 10~2cm3.By changing the frequency relationships of the resonator element 110 hitting a circular plate made of piezoelectrite and by connecting the electrodes with a ceramic material with a suitable diameter, a π-member of 9 mm and a practically uniform thickness of 110 '(Fig . 10) can be produced. The element has 0.2mm. The series resonators are tuned to a 110 'the relevant thicknesses so that a central frequency of 10.6 megahertz, only one resonator 126 has a resonant frequency in The electrodes have a diameter of 1.2 mm in the middle of the band pass, while the anti - 50 and have a distance of 1.6 mm from each other and from the edge of the plate resonance frequency of the other two resonators. The entire Ein-128 a and 1286 practically with this resonance has a volume of about frequency coincides without the lines. To form a π-element, 2.6 × 10 -2 cm 3.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (9)
bilden, die je in der Dickenschwingung schwingen, dadurch gekennzeichnet, daß die having, wherein the electrodes and the counter-electrodes at least two individual resonators
form, which oscillate in the thickness oscillation, characterized in that the
Abstand voneinander und von dem' Plattenrand
haben, der mindestens das Dreifache der Plattendicke beträgt und Resonatoren bilden, die unabhängig voneinander schwingungsfähig sind. Die Erfindung betrifft piezoelektrische Schaltele-Electrodes (18, 20) on the main surface a 15
Distance from each other and from the 'edge of the plate
which is at least three times the plate thickness and form resonators that can vibrate independently of one another. The invention relates to piezoelectric switching elements
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEC0022624 | 1960-10-26 | ||
DEC0022624 | 1960-10-26 |
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DE1416034A1 DE1416034A1 (en) | 1968-10-03 |
DE1416034B2 DE1416034B2 (en) | 1972-08-17 |
DE1416034C true DE1416034C (en) | 1973-03-08 |
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