DE102016105551A1

DE102016105551A1 - ACOUSTIC ELECTRIC OSCILLATOR

Info

Publication number: DE102016105551A1
Application number: DE102016105551.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Martin Günter
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft einen akustoelektrischen Oszillator. Die technische Aufgabe besteht in der Angabe eines akustoelektrischen Oszillators, der auch bei hohen Temperaturen betrieben werden kann. Gelöst wird die Aufgabe durch einen akustoelektrischen Oszillator enthaltend eine elektrische Schaltung mit mindestens einem piezoelektrischen Resonator, mindestens einer Impedanz und mindestens einer Spannungsquelle, wobei jeder piezoelektrische Resonator mit einem Plattenkondensator einen Verbund bildet und wobei eine Fläche des piezoelektrischen Resonators, die senkrecht zur Schwingungsrichtung des piezoelektrischen Körpers ausgerichtet ist, mit einer Elektrode des Plattenkondensators in mechanischem Kontakt steht. Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar in Vorrichtungen zur Schwingungserzeugung und in autonomen Sensoren und Aktoren, insbesondere in solchen, die bei hohen Temperaturen betrieben werden.The present invention relates to the field of electrical engineering / electronics and relates to an acoustoelectric oscillator. The technical task is to specify an acoustoelectric oscillator that can be operated even at high temperatures. The object is achieved by an acoustoelectric oscillator comprising an electrical circuit having at least one piezoelectric resonator, at least one impedance and at least one voltage source, each piezoelectric resonator with a plate capacitor forms a composite and wherein a surface of the piezoelectric resonator perpendicular to the direction of vibration of the piezoelectric Body is aligned with an electrode of the plate capacitor in mechanical contact. The invention is applicable, for example, in devices for vibration generation and in autonomous sensors and actuators, in particular in those which are operated at high temperatures.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft einen akustoelektrischen Oszillator, der autonom ist und ohne Halbleiterbauelemente auskommt. Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar in Vorrichtungen zur Schwingungserzeugung und in autonomen Sensoren und Aktoren, insbesondere in solchen, die bei hohen Temperaturen betrieben werden.The present invention relates to the field of electrical engineering / electronics and relates to an acoustoelectric oscillator that is autonomous and does not require semiconductor devices. The invention is applicable, for example, in devices for vibration generation and in autonomous sensors and actuators, in particular in those which are operated at high temperatures.

Es sind akustoelektrische Oszillatoren bekannt, bei denen mindestens ein piezoelektrischer Resonator Teil einer elektrischen Schaltung ist, die den Verlust an Schwingungsenergie der piezoelektrischen Resonatoren kompensiert, und bei dem ein piezoelektrischer Resonator eine Platte aus piezoelektrischem Material ist und die Oberflächen der Platte, die durch die Plattendicke voneinander getrennt sind, mindestens teilweise mit Elektroden belegt sind.Acoustoelectric oscillators are known in which at least one piezoelectric resonator is part of an electrical circuit that compensates for the loss of vibratory energy of the piezoelectric resonators, and in which a piezoelectric resonator is a piezoelectric material plate and the surfaces of the plate represented by the plate thickness are separated from each other, at least partially covered with electrodes.

Aus der US 6788158 sind ein piezoelektrischer Oszillator und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen piezoelektrischen Oszillators bekannt, bei der ein Kristalloszillator, ausgeführt als piezoelektrischer Oszillator, in einer Schaltung betrieben wird, die einen Transistor enthält. Der Transistor kompensiert die Energieverluste des Kristalloszillators, so dass eine nichtabklingende Schwingung aufrechterhalten wird. Außerdem enthält die Gesamtschaltung Mittel zur Temperaturkompensation.From the US 6788158 For example, a piezoelectric oscillator and a method of manufacturing such a piezoelectric oscillator are known, in which a crystal oscillator embodied as a piezoelectric oscillator is operated in a circuit including a transistor. The transistor compensates for the energy losses of the crystal oscillator, so that a non-decaying oscillation is maintained. In addition, the overall circuit includes means for temperature compensation.

Aus der US 5789845 ist ein Resonanzelement (resonance device) bekannt, dass als piezoelektrische Dünnschicht mit Elektroden auf deren Ober- und Unterseite ausgeführt ist und dass in eine Schaltung integriert ist, die auch einen Transistor zur Kompensation des Energieverlusts infolge des Schwingens des Resonanzelements enthält.From the US 5789845 For example, a resonant device is known that is implemented as a piezoelectric thin film having electrodes on its top and bottom and that is integrated in a circuit which also includes a transistor for compensating for energy loss due to resonant element oscillation.

Ebenfalls bekannt sind FBAR-Oszillatoren (FBAR: Film Bulk Acoustic Wave Resonator). Ein FBAR ist ein Resonator aus einer dünnen piezoelektrischen Schicht mit Elektroden auf deren Ober- und Unterseite. Bekannt ist eine speziellen Ausführung eines FBAR-Oszillators aus Nelson, A. et. al.: „A 22 μW, 2.0 GHz FBAR Oscillator", IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC), Juni 2011 , bei der Aluminiumnitrid (AIN) als piezoelektrisches Material und Molybdän als Elektrodenmaterial benutzt wird. Diese Oszillatorschaltung enthält mehrere Transistoren.Also known are FBAR oscillators (FBAR: Film Bulk Acoustic Wave Resonator). An FBAR is a resonator made of a thin piezoelectric layer with electrodes on its top and bottom. A special embodiment of an FBAR oscillator is known Nelson, A. et. al .: "A 22 μW, 2.0 GHz FBAR Oscillator", IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC), June 2011 in which aluminum nitride (AIN) is used as the piezoelectric material and molybdenum as the electrode material. This oscillator circuit includes a plurality of transistors.

Als große Gruppe akustoelektrischer Oszillatoren werden auch diejenigen in Betracht gezogen, die Bauelemente auf der Basis akustischer Oberflächenwellen wie Resonatoren und Verzögerungsleitungen als frequenzbestimmende Bauelemente benutzen. As a large group of acoustoelectric oscillators, those using surface acoustic wave-based devices such as resonators and delay lines as frequency-determining devices are also considered.

So ist eine spezielle Ausführung ( T. E. Parker und G. K. Montress.: „Precision surface-acoustic-wave (SAW) oscillators", Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Bd.35, 1988, Seiten 342–354 ) bekannt, bei der Verzögerungsleitungen sowie Ein- und Zweitorresonatoren als frequenzbestimmende Bauelemente auf der Basis akustischer Oberflächenwellen in Oszillatorschaltungen angewendet werden, die Halbleiterbauelemente wie Transistoren und Verstärker zur Kompensation der Schwingungs- und Ausbreitungsverluste der akustischen Oberflächenwellen enthalten.So is a special design ( TE Parker and GK Montress .: "Precision surface-acoustic-wave (SAW) oscillators", Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Vol.35, 1988, pages 342-354 ) are known, are used in the delay lines and single- and Zweitorresonatoren as frequency-determining devices based on surface acoustic waves in oscillator circuits containing semiconductor devices such as transistors and amplifiers to compensate for the vibration and propagation losses of the surface acoustic waves.

Nachteilig ist, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Oszillatorlösungen nicht bei hohen Temperaturen betrieben werden können.The disadvantage is that the known from the prior art oscillator solutions can not be operated at high temperatures.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, akustoelektrische Oszillatoren bereitzustellen, die auch bei hohen Temperaturen betrieben werden können. The present invention has for its object to provide acoustoelectric oscillators that can be operated at high temperatures.

Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen enthaltenen Merkmalen gelöst, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer UND-Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.The object is achieved with the features contained in the patent claims, wherein the invention also includes combinations of the individual dependent claims in terms of an AND link, as long as they are not mutually exclusive.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein akustoelektrischer Oszillator bereitgestellt, der eine elektrische Schaltung mit mindestens einem piezoelektrischen Resonator, mindestens einer Impedanz und mindestens einer Spannungsquelle enthält, wobei der oder die piezoelektrischen Resonatoren jeweils aus einem piezoelektrischen Körper und mindestens zwei Elektroden bestehen, die mindestens teilweise auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jeder piezoelektrische Resonator mit einem Plattenkondensator einen Verbund bildet, wobei eine Fläche des piezoelektrischen Resonators, die senkrecht zur Schwingungsrichtung des piezoelektrischen Körpers ausgerichtet ist, mit einer Elektrode des Plattenkondensators in mechanischem Kontakt steht, und wobei jeder piezoelektrische Resonator mit seinem zugehörigen Plattenkondensator elektrisch parallel geschaltet ist. The solution according to the invention provides an acoustoelectric oscillator which contains an electrical circuit having at least one piezoelectric resonator, at least one impedance and at least one voltage source, the piezoelectric resonator (s) each comprising at least one piezoelectric body and at least two electrodes are disposed opposite to the surface of the piezoelectric body, each piezoelectric resonator composing with a plate capacitor, wherein a surface of the piezoelectric resonator oriented perpendicular to the vibration direction of the piezoelectric body is in mechanical contact with an electrode of the plate capacitor, and each piezoelectric resonator with its associated plate capacitor is electrically connected in parallel.

Vorteilhafter ist bei dem akustoelektrischen Oszillator eine Reihenschaltung aus der Spannungsquelle und der Impedanz in einen Zweig der Parallelschaltung aus mindestens einem piezoelektrischen Resonator und mindestens einem Plattenkondensator geschaltet. Auch kann eine Reihenschaltung aus der Spannungsquelle und der Impedanz parallel zu einem Verbund oder in Reihe mit einem Verbund geschaltet sein.In the case of the acoustoelectric oscillator, a series connection of the voltage source and the impedance is advantageously connected in a branch of the parallel circuit comprising at least one piezoelectric resonator and at least one plate capacitor. Also, a series connection of the voltage source and the impedance may be connected in parallel with a composite or in series with a composite.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn eine Elektrode des Resonators elektrisch mit einer Elektrode des Plattenkondensators und die jeweils andere Elektrode des Resonators mit der jeweils anderen Elektrode des Plattenkondensators über eine Reihenschaltung der Spannungsquelle und der Impedanz verbunden ist. Desweitern kann eine Elektrode des Resonators elektrisch mit einer Elektrode des Plattenkondensators und die jeweils andere Elektrode des Resonators mit der jeweils anderen Elektrode des Plattenkondensators verbunden und parallel zum Verbund eine Reihenschaltung der Spannungsquelle und der Impedanz geschaltet sein. It is also advantageous if one electrode of the resonator is electrically connected to one electrode of the plate capacitor and the respective other electrode of the resonator to the respective other electrode of the plate capacitor via a series circuit of the voltage source and the impedance. Furthermore, one electrode of the resonator may be electrically connected to one electrode of the plate capacitor and the other electrode of the resonator connected to the other electrode of the plate capacitor and connected in parallel to the composite, a series circuit of the voltage source and the impedance.

Vorteilhafterweise ist eine Elektrode des piezoelektrischen Resonators gleichzeitig eine Elektrode des Plattenkondensators. Advantageously, one electrode of the piezoelectric resonator is simultaneously an electrode of the plate capacitor.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der mindestens eine piezoelektrische Resonator ein Längendehnungsschwinger, bei dem die Schwingung parallel zu den Elektroden des piezoelektrischen Resonators gerichtet ist. In an advantageous embodiment, the at least one piezoelectric resonator is a longitudinal expansion oscillator in which the vibration is directed parallel to the electrodes of the piezoelectric resonator.

Vorteilhafterweise ist der mindestens eine piezoelektrische Resonator ein Dickendehnungsschwinger, bei dem die Schwingung senkrecht zu den Elektroden des piezoelektrischen Resonators gerichtet ist. Advantageously, the at least one piezoelectric resonator is a thickness extensional oscillator in which the vibration is directed perpendicular to the electrodes of the piezoelectric resonator.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Breite des piezoelektrischen Körpers kleiner als die Länge des piezoelektrischen Körpers ist. It is furthermore advantageous if the width of the piezoelectric body is smaller than the length of the piezoelectric body.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der Plattenkondensator ein Gas oder ein Vakuum als Dielektrikum aufweist. It is also advantageous if the plate capacitor has a gas or a vacuum as a dielectric.

Besonders vorteilhaft sind mindestens zwei Verbunde und eine Reihenschaltung aus der Spannungsquelle und der Impedanz parallel geschaltet.Particularly advantageous are at least two composites and a series circuit of the voltage source and the impedance connected in parallel.

Vorteilhafterweise ist die Spannungsquelle eine Gleichspannungsquelle oder Wechselspannungsquelle, wobei die Wechselspannungsquelle vorteilhafterweise ihre Energie aus geernteter Energie (engl. harvesting energy) bezieht.Advantageously, the voltage source is a DC voltage source or AC voltage source, wherein the AC voltage source advantageously draws its energy from harvested energy.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Frequenz der Wechselspannung wesentlich kleiner als die Arbeitsfrequenz des piezoelektrischen Resonators ist. Und auch vorteilhaft ist, wenn die Impedanz ein ohmscher Widerstand, vorteilhafterweise der Innenwiderstand der Spannungsquelle ist.It is also advantageous if the frequency of the AC voltage is substantially smaller than the operating frequency of the piezoelectric resonator. And it is also advantageous if the impedance is an ohmic resistance, advantageously the internal resistance of the voltage source.

Erfindungsgemäß wird ein akustoelektrischer Oszillator bereitgestellt, bei dem ein piezoelektrischer Resonator mit einem Plattenkondensator einen Verbund bildet, indem eine Fläche des piezoelektrischen Resonators, die senkrecht zur Schwingungsrichtung des piezoelektrischen Körpers mit einer Elektrode eines Plattenkondensators in mechanischem Kontakt steht, wobei die Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle und einer Impedanz in einen Zweig der Parallelschaltung oder parallel zum Verbund geschaltet ist.According to the present invention, there is provided an acoustoelectric oscillator in which a piezoelectric resonator is integrated with a plate capacitor by mechanically contacting a surface of the piezoelectric resonator which is in mechanical contact with an electrode of a plate capacitor perpendicular to the vibration direction of the piezoelectric body, the series circuit comprising a voltage source and an impedance in a branch of the parallel circuit or connected in parallel to the composite.

Unter einem Verbund eines piezoelektrischen Resonators mit einem Plattenkondensator soll im Rahmen der Erfindung eine dauerhafte Kontaktierung des piezoelektrischen Körpers mit einer Elektrode des Plattenkondensators verstanden werden, wobei der Verbund beispielsweise stoffschlüssig realisiert ist. Unter einem Verbund soll auch verstanden werden, dass eine Elektrode des piezoelektrischen Resonators gleichzeitig die eine Elektrode des Plattenkondensators ist.A composite of a piezoelectric resonator with a plate capacitor should be understood in the context of the invention, a permanent contact of the piezoelectric body with an electrode of the plate capacitor, wherein the composite is realized for example cohesively. A composite should also be understood to mean that one electrode of the piezoelectric resonator is simultaneously the one electrode of the plate capacitor.

Der Plattenkondensator weist zwischen den plattenförmigen Elektroden ein Gas oder Vakuum als Dielektrikum auf. The plate capacitor has a gas or vacuum as a dielectric between the plate-shaped electrodes.

Erfindungsgemäß ist zur Kompensation der Schwingungsverluste des Oszillators anstelle von Halbleiterbauelementen lediglich eine Spannungsquelle erforderlich, die eine Gleichspannung zur Verfügung stellt. Damit kann erstmals vollständig auf den Einsatz von Halbleiterbauelementen in einem akustoelektrischen Oszillator verzichtet werden, wodurch es möglich ist, den akustoelektrischen Oszillator auch bei höheren Temperaturen im Bereich von 200°C bis 1000°C einzusetzen.According to the invention, only one voltage source, which provides a DC voltage, is required to compensate for the oscillation losses of the oscillator instead of semiconductor components. This completely dispenses with the use of semiconductor components in an acoustoelectric oscillator for the first time, making it possible to use the acoustoelectric oscillator even at relatively high temperatures in the range from 200 ° C. to 1000 ° C.

Des Weiteren ist es mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich, eine außerhalb des akustoelektrischen Oszillators bereitstehende Energie mittels einer Wechselspannungsquelle zu nutzen. Bei der Wechselspannungsquelle handelt es sich um eine Vorrichtung, die ihre Energie aus geernteter Energie (engl. harvesting energy) bezieht, diese aufgreift, in eine Wechselspannung umwandelt und danach abgibt, wobei deren Frequenz wesentlich kleiner ist als die Arbeitsfrequenz der piezoelektrischen Resonatoren.Furthermore, with the solution according to the invention it is possible to use an energy which is provided outside the acoustoelectric oscillator by means of an AC voltage source. The AC voltage source is a device which draws its energy from harvesting energy, picks it up, converts it to an AC voltage and then outputs it, the frequency of which is substantially smaller than the operating frequency of the piezoelectric resonators.

Die Modulation der Spannung, die beispielsweise an einem piezoelektrischen Körper anliegt, wird dadurch erreicht, indem eine schwingende Oberfläche des piezoelektrischen Körpers die Kapazität des mit einem Gas oder Vakuum gefüllten Plattenkondensators moduliert, wobei eine kleine, zufällig vorhandene Schwingung sich aufschaukelt. The modulation of the voltage applied, for example, to a piezoelectric body is achieved by modulating the capacitance of the gas-filled or vacuum-filled plate capacitor with a vibrating surface of the piezoelectric body modulating a small, random vibration.

Erfindungsgemäß kann der piezoelektrische Resonator ein Längendehnungsschwinger oder ein Dickendehnungsschwinger sein, wobei die Breite des piezoelektrischen Materials kleiner ist als seine Länge.According to the invention, the piezoelectric resonator may be a length extensional vibrator or a thickness extensional vibrator, wherein the width of the piezoelectric material is smaller than its length.

Bei einem Längendehnungsschwinger ist die Schwingungsrichtung des piezoelektrischen Körpers parallel zu den sich gegenüberliegenden Elektroden ausgerichtet, sodass das der piezoelektrische Körper in Richtung seiner Länge oszilliert und den Abstand der im Verbund stehenden Kondensatorplatte zur gegenüberliegend ortsfest angeordneten Kondensatorplatte moduliert. Der piezoelektrische Resonator kann durch gegenüberliegend angeordnete Befestigungsmittel fixiert sein, wobei die Befestigungsmittel genau im Schwingungsknoten der Schwingungen im piezoelektrischen Material, bei einem Längendehnungsschwinger also bei der hälftigen Länge des piezoelektrischen Materials, angeordnet sind. In a length extensional vibrator, the vibration direction of the piezoelectric body is aligned parallel to the opposing electrodes, so that the piezoelectric body oscillates in the direction of its length and modulates the distance of the interconnected capacitor plate to the oppositely arranged capacitor plate. The piezoelectric resonator may be fixed by oppositely arranged fastening means, wherein the fastening means are arranged exactly in the vibration node of the vibrations in the piezoelectric material, in a lengthwise extensional oscillator thus at half the length of the piezoelectric material.

Bei einem Dickendehnungsschwinger ist die Schwingungsrichtung des piezoelektrischen Körpers senkrecht zu den sich gegenüberliegenden Elektroden ausgerichtet, sodass die Dicke des piezoelektrischen Körpers in dieser Richtung oszilliert. Bei dieser Ausführungsform des Verbundes des piezoelektrischen Resonators und des Plattenkondensators ist die Elektrode des piezoelektrischen Resonators gleichzeitig die ortsveränderliche Platte des Plattenkondensators. Der piezoelektrische Resonator kann durch sich gegenüberliegend angeordnete Befestigungsmittel fixiert sein, wobei die Befestigungsmittel genau im Schwingungsknoten der Schwingung im piezoelektrischen Körper, bei einem Dickendehnungsschwinger also bei der hälftigen Breite des piezoelektrischen Körpers, angeordnet sind. In a thickness extensional vibrator, the vibration direction of the piezoelectric body is oriented perpendicular to the opposing electrodes, so that the thickness of the piezoelectric body oscillates in this direction. In this embodiment of the composite of the piezoelectric resonator and the plate capacitor, the electrode of the piezoelectric resonator is at the same time the movable plate of the plate capacitor. The piezoelectric resonator can be fixed by oppositely arranged fastening means, wherein the fastening means are arranged exactly in the vibration node of the vibration in the piezoelectric body, in a thickness extensional oscillator thus at half the width of the piezoelectric body.

Erfindungsgemäß weist der Oszillator nur einen Verbund aus einem piezoelektrischen Resonator und einem Plattenkondensator aufweist. Möglich ist aber auch, dass in der elektrischen Schaltung mindestens zwei Verbunde angeordnet sind, von denen jeder einen piezoelektrischen Resonator und einen Plattenkondensator aufweist. According to the invention, the oscillator has only one composite of a piezoelectric resonator and a plate capacitor. It is also possible that at least two composites are arranged in the electrical circuit, each of which has a piezoelectric resonator and a plate capacitor.

Eine Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle und einer Impedanz ist erfindungsgemäß in Reihe mit dem Verbund aus einem piezoelektrischen Resonator und einem Plattenkondensator geschaltet, wobei eine Elektrode des piezoelektrischen Resonators elektrisch mit einer Platte eines Plattenkondensators und die jeweils andere Elektrode des piezoelektrischen Resonators mit der jeweils anderen Platte des Plattenkondensators über eine Reihenschaltung einer Spannungsquelle und einer Impedanz verbunden ist. A series circuit of a voltage source and an impedance according to the invention is connected in series with the composite of a piezoelectric resonator and a plate capacitor, wherein one electrode of the piezoelectric resonator electrically connected to a plate of a plate capacitor and the other electrode of the piezoelectric resonator with the other plate of the Plate capacitor is connected via a series circuit of a voltage source and an impedance.

Erfindungsgemäß kann aber auch eine Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle und einer Impedanz parallel zum Verbund aus einem piezoelektrischen Resonator und einem Plattenkondensator geschaltet sein, wobei eine Elektrode des piezoelektrischen Resonators elektrisch mit einer Platte des Plattenkondensators und die jeweils andere Elektrode des piezoelektrischen Resonators mit der jeweils anderen Platte des Plattenkondensators verbunden ist und parallel zum Verbund eine Reihenschaltung einer Spannungsquelle und einer Impedanz geschaltet ist. According to the invention, however, a series connection of a voltage source and an impedance parallel to the composite of a piezoelectric resonator and a plate capacitor may be connected, wherein one electrode of the piezoelectric resonator electrically to a plate of the plate capacitor and the respective other electrode of the piezoelectric resonator with the other plate the plate capacitor is connected and connected in parallel to the composite, a series circuit of a voltage source and an impedance.

Mehrere Verbunde und eine Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle und einer Impedanz sind parallel geschaltet, wobei die Spannungsquelle eine Gleichspannungsquelle oder eine Vorrichtung ist, die ihre Energie aus geernteter Energie bezieht und eine Wechselspannung liefert. A plurality of interconnections and a series connection of a voltage source and an impedance are connected in parallel, wherein the voltage source is a DC voltage source or a device which draws its energy from harvested energy and supplies an AC voltage.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von fünf Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is explained below with reference to five exemplary embodiments. The accompanying drawings show:

1 die elektrische Reihenschaltung eines akustoelektrischen Oszillators mit Anordnung eines Längendehnungsschwingers als piezoelektrischer Resonator 1 the series electrical connection of an acousto-electric oscillator with the arrangement of a Längendehnungsschwingers as a piezoelectric resonator

2 die elektrische Reihenschaltung eines akustoelektrischen Oszillators mit Anordnung eines Dickendehnungsschwingers als piezoelektrischer Resonator 2 the series electrical connection of an acoustoelectric oscillator with the arrangement of a Dickendehnungsschwingers as a piezoelectric resonator

3 die elektrische Parallelschaltung eines akustoelektrischen Oszillators mit Anordnung eines Längendehnungsschwingers als piezoelektrischer Resonator 3 the electrical parallel connection of an acousto-electric oscillator with the arrangement of a Längendehnungsschwingers as a piezoelectric resonator

4 die elektrische Parallelschaltung eines akustoelektrischen Oszillators mit Anordnung eines Dickendehnungsschwingers als piezoelektrischer Resonator 4 the electrical parallel connection of an acoustoelectric oscillator with the arrangement of a Dickendehnungsschwingers as a piezoelectric resonator

5 die elektrische Schaltung zweier akustoelektrischer Oszillatoren mit jeweils einer Anordnung eines Längendehnungsschwingers als piezoelektrischer Resonator 5 the electrical circuit of two acoustoelectric oscillators, each with an arrangement of a length extensional vibrator as a piezoelectric resonator

Beispiel 1example 1

Das Ausführungsbeispiel 1 bezieht sich auf 1., bei der ein piezoelektrischer Resonator aus einem piezoelektrischen Körper 1 und Elektroden 11 und 12 an der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers 1 besteht. Der piezoelektrische Körper 1 ist ein flacher Quader. Der piezoelektrische Körper 1 mit einer Dicke d, einer Länge L und den Elektroden 11 und 12 ist ein Längendehnungsschwinger, da die Schwingung in Längsrichtung, d.h. parallel zu den Elektroden 11 und 12, gerichtet ist. Dieser ist am Schwingungsknoten von symbolisch dargestellten Befestigungsmitteln 13 und 14 gehalten. Die Breite des piezoelektrischen Körpers 1 ist wesentlich kleiner als dessen Länge. Der Längendehnungsschwinger bildet zusammen mit einem mit Luft gefüllten Plattenkondensator 3, der von den Metallplatten 31 und 32 und einem Spalt der Breite h zwischen diesen gebildet ist, einen Verbund. Die Platte 32 des Plattenkondensators ist symbolisch durch das Befestigungsmittel 33 fixiert. Bei dem Verbund steht der piezoelektrische Körper 1 in Schwingungsrichtung in mechanischem Kontakt mit der Platte 31 des Plattenkondensators 3. Außerdem ist die Elektrode 11 über das Befestigungsmittel 13 und die elektrische Verbindung 2 an die Platte 31 des Plattenkondensators angeschlossen, und die Elektrode 12 ist über das Befestigungsmittel 14, die elektrische Verbindung 6 und über eine Reihenschaltung einer Gleichspannungsquelle 4 und eines ohmschen Widerstandes 5 an die Platte 32 des Plattenkondensators angeschlossen.The embodiment 1 relates to 1 ., In which a piezoelectric resonator of a piezoelectric body 1 and electrodes 11 and 12 at the top and bottom of the piezoelectric body 1 consists. The piezoelectric body 1 is a flat cuboid. The piezoelectric body 1 with a thickness d, a length L and the electrodes 11 and 12 is a length extensional vibration, since the vibration in the longitudinal direction, ie parallel to the electrodes 11 and 12 , is directed. This is at the vibration node of symbolically illustrated fasteners 13 and 14 held. The width of the piezoelectric body 1 is much smaller than its length. The length extensional oscillator forms together with a plate-condenser filled with air 3 that of the metal plates 31 and 32 and a gap of width h between them is formed, a composite. The plate 32 the plate capacitor is symbolic by the fastener 33 fixed. In the composite is the piezoelectric body 1 in vibration direction in mechanical contact with the plate 31 of the plate capacitor 3 , In addition, the electrode 11 over the fastener 13 and the electrical connection 2 to the plate 31 connected to the plate capacitor, and the electrode 12 is about the fastener 14 , the electrical connection 6 and via a series connection of a DC voltage source 4 and an ohmic resistance 5 to the plate 32 connected to the plate capacitor.

Der piezoelektrische Körper 1 besteht aus piezoelektrischer Keramik mit der elastischen Nachgiebigkeit s₁₁ = 12.1E – 12 m²/N, der Dichte von 7400 kg/m³, den piezoelektrischen Konstanten d₃₁ = –78E – 12 m/V und d₃₃= 210E – 12 m/V sowie der dielektrischen Konstante ε₃₃ = 950. Die Elektroden 11 und 12 sind Aluminiumschichten, die dünner als 1 µm sind. Die Länge des piezoelektrischen Körpers 1 beträgt 16.7 mm, die Breite 9 mm und die Dicke 50 µm. Die Fläche der Elektroden 31 und 32 des Plattenkondensators 3 ist 500 mm², und der Spalt h zwischen den Elektroden 31 und 32 ist 1 µm breit.The piezoelectric body 1 consists of piezoelectric ceramics with the elastic compliance s ₁₁ = 12.1E - 12 m ² / N, the density of 7400 kg / m ³ , the piezoelectric constant d ₃₁ = -78E - 12 m / V and d ₃₃ = 210E - 12 m / V and the dielectric constant ε ₃₃ = 950. The electrodes 11 and 12 are aluminum layers thinner than 1 μm. The length of the piezoelectric body 1 is 16.7 mm, the width 9 mm and the thickness 50 microns. The area of the electrodes 31 and 32 of the plate capacitor 3 is 500 mm ² , and the gap h between the electrodes 31 and 32 is 1 μm wide.

Die Gleichspannungsquelle 4 liefert 1 V und der ohmsche Widerstand 5 beträgt 100 Ω. Durch die Anordnung gemäß 1 werden spontan vorhandene Schwingungen mit sehr kleiner Amplitude so verstärkt, dass sie sich aufschaukeln, bis die infolge der Verstärkung zugeführte Energie durch den Schwingungsverlust kompensiert wird. Dadurch wird eine stabile Schwingung erzeugt.The DC voltage source 4 supplies 1 V and the ohmic resistance 5 is 100 Ω. By the arrangement according to 1 Spontaneous oscillations with very small amplitudes are amplified so that they build up until the energy supplied as a result of the amplification is compensated by the oscillation loss. This creates a stable vibration.

Beispiel 2Example 2

Das Ausführungsbeispiel 2 bezieht sich auf 2., bei der ein piezoelektrischer Resonator aus einem piezoelektrischen Körper 10 und Elektroden 101 und 102 an der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers besteht. Der piezoelektrische Körper 10 ist ein flacher Quader. Der piezoelektrische Körper 10 mit einer Dicke d und den Elektroden 101 und 102 ist ein Dickendehnungsschwinger, da die Schwingung in Richtung der Dicke des piezoelektrischen Körpers 10, d. h. senkrecht zu den Elektroden, gerichtet ist. Der Dickendehnungsschwinger ist am Schwingungsknoten von symbolisch dargestellten Befestigungsmitteln 103 und 104 gehalten. Der Dickendehnungsschwinger bildet zusammen mit einem mit Luft gefüllten Plattenkondensator 20, der von einer Metallplatte 201, einer Elektrode 101 des Dickendehnungsschwingers und einem Spalt der Breite h zwischen diesen gebildet ist, einen Verbund. Die Platte 201 des Plattenkondensators ist symbolisch durch das Befestigungsmittel 202 fixiert. Bei diesem Verbund steht der piezoelektrische Körper 10 in Schwingungsrichtung in mechanischem Kontakt mit dem Plattenkondensator 20, da die Elektrode 101 des Dickendehnungsschwingers gleichzeitig eine Platte des Plattenkondensators 20 ist. Außerdem ist bei diesem Verbund die Elektrode 102 über eine elektrische Verbindung 50 und über eine Reihenschaltung einer Gleichspannungsquelle 30 und eines ohmschen Widerstandes 40 an die Platte 201 des Plattenkondensators angeschlossen. Durch die Anordnung gemäß 2 werden spontan vorhandene Schwingungen mit sehr kleiner Amplitude so verstärkt, dass sie sich aufschaukeln, bis die infolge der Verstärkung zugeführte Energie durch den Schwingungsverlust kompensiert wird. Dadurch wird eine stabile Schwingung erzeugt.Embodiment 2 relates to 2 ., In which a piezoelectric resonator of a piezoelectric body 10 and electrodes 101 and 102 at the top and bottom of the piezoelectric body. The piezoelectric body 10 is a flat cuboid. The piezoelectric body 10 with a thickness d and the electrodes 101 and 102 is a Dickendehnungsschwinger, since the vibration in the direction of the thickness of the piezoelectric body 10 , ie perpendicular to the electrodes, is directed. The Dickendehnungsschwinger is at the vibration node of symbolically illustrated fasteners 103 and 104 held. The Dickendehnungsschwinger forms together with an air-filled plate capacitor 20 of a metal plate 201 , an electrode 101 of the thickness extensional vibrator and a gap of the width h is formed between them, a composite. The plate 201 the plate capacitor is symbolic by the fastener 202 fixed. In this composite stands the piezoelectric body 10 in the vibrational direction in mechanical contact with the plate capacitor 20 because the electrode 101 Dickendehnungsschwingers at the same time a plate of the plate capacitor 20 is. Moreover, in this composite, the electrode 102 via an electrical connection 50 and via a series connection of a DC voltage source 30 and an ohmic resistance 40 to the plate 201 connected to the plate capacitor. By the arrangement according to 2 Spontaneous oscillations with very small amplitudes are amplified so that they build up until the energy supplied as a result of the amplification is compensated by the oscillation loss. This creates a stable vibration.

Beispiel 3Example 3

Das Ausführungsbeispiel 3 bezieht sich auf 3, bei der ein piezoelektrischer Resonator aus einem piezoelektrischen Körper 1 und Elektroden 11 und 12 an der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers besteht. Der piezoelektrische Körper 1 ist ein flacher Quader. Der piezoelektrische Körper 1 mit der Dicke d, der Länge L und den Elektroden 11 und 12 ist ein Längendehnungsschwinger, weil die Schwingung in Längsrichtung. d. h. parallel zu den Elektroden 11 und 12, gerichtet ist. Dieser ist am Schwingungsknoten von den symbolisch dargestellten Befestigungsmitteln 13 und 14 gehalten. Die Breite des piezoelektrischen Körpers 1 ist wesentlich kleiner als dessen Länge. Der Längendehnungsschwinger bildet zusammen mit dem mit Luft gefüllten Plattenkondensator 3, der von Metallplatten 31 und 32 und einem Spalt der Breite h zwischen diesen gebildet ist, einen Verbund. Die Platte 32 des Plattenkondensators ist symbolisch durch ein Befestigungsmittel 33 fixiert. Bei dem Verbund steht der piezoelektrische Körper 1 in Schwingungsrichtung in mechanischem Kontakt mit der Metallplatte 31 des Plattenkondensators 3. Außerdem ist die Elektrode 11 über das Befestigungsmittel 13 und die elektrische Verbindung 2 an die Metallplatte 31 des Plattenkondensators angeschlossen, und die Elektrode 12 ist über das Befestigungsmittel 14 und eine elektrische Verbindung 6 an die Metallplatte 32 des Plattenkondensators angeschlossen. Parallel zum Längendehnungsschwinger und damit auch parallel zum Plattenkondensator 3 ist eine Reihenschaltung einer Gleichspannungsquelle 4 und eines ohmschen Widerstandes 5 geschaltet. Durch die Anordnung gemäß 3 werden spontan vorhandene Schwingungen mit sehr kleiner Amplitude so verstärkt, dass sie sich aufschaukeln, bis die infolge der Verstärkung zugeführte Energie durch den Schwingungsverlust kompensiert wird. Dadurch wird eine stabile Schwingung erzeugt.Embodiment 3 relates to 3 in which a piezoelectric resonator consists of a piezoelectric body 1 and electrodes 11 and 12 at the top and bottom of the piezoelectric body. The piezoelectric body 1 is a flat cuboid. The piezoelectric body 1 with the thickness d, the length L and the electrodes 11 and 12 is a length extensional vibration, because the vibration in the longitudinal direction. ie parallel to the electrodes 11 and 12 , is directed. This is at the node of the symbolically shown fasteners 13 and 14 held. The width of the piezoelectric body 1 is much smaller than its length. The length extensional vibrator forms together with the air filled plate capacitor 3 made of metal plates 31 and 32 and a gap of width h is formed between them, a composite. The plate 32 the plate capacitor is symbolic by a fastener 33 fixed. In the composite is the piezoelectric body 1 in the vibration direction in mechanical contact with the metal plate 31 of the plate capacitor 3 , In addition, the electrode 11 over the fastener 13 and the electrical connection 2 to the metal plate 31 connected to the plate capacitor, and the electrode 12 is about the fastener 14 and an electrical connection 6 to the metal plate 32 connected to the plate capacitor. Parallel to the length extensional oscillator and thus also parallel to the plate capacitor 3 is a series connection of a DC voltage source 4 and an ohmic resistance 5 connected. By the arrangement according to 3 Spontaneous oscillations with very small amplitudes are amplified so that they build up until the energy supplied as a result of the amplification is compensated by the oscillation loss. This creates a stable vibration.

Beispiel 4 Example 4

Das Ausführungsbeispiel 4 bezieht sich auf 4, bei der ein piezoelektrischer Resonator aus einem piezoelektrischen Körper 10 und Elektroden 101 und 102 an der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers besteht. Der piezoelektrische Körper 10 ist ein flacher Quader. Der piezoelektrische Körper 10 mit der Dicke d und den Elektroden 101 und 102 ist ein Dickendehnungsschwinger, da die Schwingung in Richtung der Dicke des piezoelektrischen Körpers 10, d.h. senkrecht zu den Elektroden 101 und 102, gerichtet ist. Der Dickendehnungsschwinger ist am Schwingungsknoten von symbolisch dargestellten Befestigungsmitteln 103 und 104 gehalten. Der Dickendehnungsschwinger bildet zusammen mit einem mit Luft gefüllten Plattenkondensator 20, der von einer Metallplatte 201, der Elektrode 101 des Dickendehnungsschwingers und einem Spalt der Breite h zwischen diesen gebildet ist, einen Verbund. Die Metallplatte 201 des Plattenkondensators 20 ist symbolisch durch ein Befestigungsmittel 202 fixiert. Bei dem Verbund steht der piezoelektrische Körper 10 in Schwingungsrichtung in mechanischem Kontakt mit dem Plattenkondensator 20, wobei die Elektrode 101 des Dickendehnungsschwingers gleichzeitig eine Platte des Plattenkondensators 20 ist. Bei dem Verbund ist die Elektrode 102 über eine elektrische Verbindung 50 an die Metallplatte 201 des Plattenkondensators angeschlossen. Außerdem ist parallel zum Dickendehnungsschwinger und damit auch parallel zum Plattenkondensator 20 eine Reihenschaltung einer Gleichspannungsquelle 30 und eines ohmschen Widerstandes 40 geschaltet. Gemäß der Anordnung von 4 werden spontan vorhandene Schwingungen mit sehr kleiner Amplitude so verstärkt, dass sie sich aufschaukeln, bis die infolge der Verstärkung zugeführte Energie durch den Schwingungsverlust kompensiert wird. Dadurch wird eine stabile Schwingung erzeugt.Embodiment 4 relates to 4 in which a piezoelectric resonator consists of a piezoelectric body 10 and electrodes 101 and 102 at the top and bottom of the piezoelectric body. The piezoelectric body 10 is a flat cuboid. The piezoelectric body 10 with the thickness d and the electrodes 101 and 102 is a Dickendehnungsschwinger, since the vibration in the direction of the thickness of the piezoelectric body 10 ie perpendicular to the electrodes 101 and 102 , is directed. The Dickendehnungsschwinger is at the vibration node of symbolically illustrated fasteners 103 and 104 held. The Dickendehnungsschwinger forms together with an air-filled plate capacitor 20 of a metal plate 201 , the electrode 101 of the thickness extensional vibrator and a gap of the width h is formed between them, a composite. The metal plate 201 of the plate capacitor 20 is symbolic by a fastener 202 fixed. In the composite is the piezoelectric body 10 in the vibrational direction in mechanical contact with the plate capacitor 20 , where the electrode 101 Dickendehnungsschwingers at the same time a plate of the plate capacitor 20 is. The composite is the electrode 102 via an electrical connection 50 to the metal plate 201 connected to the plate capacitor. In addition, it is parallel to the thickness extensional oscillator and thus also parallel to the plate capacitor 20 a series connection of a DC voltage source 30 and an ohmic resistance 40 connected. According to the arrangement of 4 Spontaneous oscillations with very small amplitudes are amplified so that they build up until the energy supplied as a result of the amplification is compensated by the oscillation loss. This creates a stable vibration.

Beispiel 5Example 5

Das Ausführungsbeispiel 5 bezieht sich auf 5 und enthält zwei Verbunde aus einem piezoelektrischen Resonator und einem mit Luft gefüllten Plattenkondensator. Der erste Verbund ist zusammengesetzt aus einem piezoelektrischen Resonator, der aus einem piezoelektrischen Körper 1 und Elektroden 11 und 12 an der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers 1 besteht und aus einem Plattenkondensator 3. Der piezoelektrische Körper 1 mit der Dicke d und den Elektroden 11 und 12 ist ein Längendehnungsschwinger, da die Schwingung in Längsrichtung, d.h. parallel zu den Elektroden 11 und 12, gerichtet ist. Dieser ist am Schwingungsknoten von symbolisch dargestellten Befestigungsmitteln 13 und 14 gehalten. Die Breite des piezoelektrischen Körpers 1 ist wesentlich kleiner als dessen Länge. Der Plattenkondensator 3 ist gebildet von Metallplatten 31 und 32 und einem Spalt der Breite h zwischen diesen Metallplatten. Die Metallplatte 32 des Plattenkondensators 3 ist symbolisch durch ein Befestigungsmittel 33 fixiert. Bei dem ersten Verbund steht der piezoelektrische Körper 1 in Schwingungsrichtung in mechanischem Kontakt mit der Platte 31 des Plattenkondensators 3. Außerdem ist die Elektrode 11 über das Befestigungsmittel 13 und die elektrische Verbindung 15 an die Metallplatte 31 des Plattenkondensators 3 angeschlossen, und die Elektrode 12 ist über das Befestigungsmittel 14, elektrische Verbindungen 6, 9 und 91 und über eine Reihenschaltung einer Wechselspannungsquelle 7 und eines ohmschen Widerstandes 8 an die Metallplatte 32 des Plattenkondensators 3 angeschlossen. Der zweite Verbund ist zusammengesetzt aus einem piezoelektrischen Resonator, der aus einem piezoelektrischen Körper 10 und Elektroden 21 und 22 an der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers 10 besteht und aus einem Plattenkondensator 4. Der piezoelektrische Körper 10 mit der Dicke d und den Elektroden 21 und 22 ist ein Längendehnungsschwinger, da die Schwingung in Längsrichtung, d. h. parallel zu den Elektroden 21 und 22, gerichtet ist. Dieser ist am Schwingungsknoten von symbolisch dargestellten Befestigungsmitteln 23 und 24 gehalten. Die Breite des piezoelektrischen Körpers 10 ist wesentlich kleiner als dessen Länge. Der Plattenkondensator 4 ist gebildet von Metallplatten 41 und 42 und einem Spalt der Breite h zwischen diesen Metallplatten. Die Metallpllatte 42 des Plattenkondensators ist symbolisch durch ein Befestigungsmittel 43 fixiert. Bei dem zweiten Verbund steht der piezoelektrische Körper 10 in Schwingungsrichtung in mechanischem Kontakt mit der Metallplatte 41 des Plattenkondensators 4. Außerdem ist die Elektrode 21 über das Befestigungsmittel 23 und die elektrische Verbindung 25 an die Metallplatte 41 des Plattenkondensators 4 angeschlossen, und die Elektrode 22 ist über ein Befestigungsmittel 24, elektrische Verbindungen 6, 9 und 92 und über eine Reihenschaltung einer Wechselspannungsquelle 7 und eines ohmschen Widerstandes 8 an die Metallplatte 42 des Plattenkondensators 4 angeschlossen. Die Elektrode 12 auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 1 ist mit der Elektrode 22 auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 über die elektrische Verbindung 9 verbunden. Das Material der piezoelektrischen Körper ist polarisierte piezoelektrische Keramik. Die Richtungen der eingeprägten Polarisation der piezoelektrischen Körper 1 und 10 sind durch die Pfeile 16 bzw. 26 repräsentiert. Die Elektroden 12 und 22 haben das gleiche elektrische Potential. Auch die Elektroden 11 und 21 haben infolge des identischen Aufbaus der beiden Verbunde das gleiche Potential, das sich von dem der Elektroden 12 und 22 unterscheidet. Demzufolge haben die elektrischen Felder in den piezoelektrischen Körpern entgegengesetzte Richtungen, so dass stets einer der beiden piezoelektrischen Resonatoren schwingt, unabhängig davon, ob die Wechselspannungsquelle 7 gerade eine positive oder negative Spannung liefert. Gemäß der Anordnung von 5 werden spontan vorhandene Schwingungen mit sehr kleiner Amplitude so verstärkt, dass sie sich aufschaukeln, bis die infolge der Verstärkung zugeführte Energie durch den Schwingungsverlust kompensiert wird. Dadurch wird eine stabile Schwingung erzeugt.Embodiment 5 relates to 5 and contains two composites of a piezoelectric resonator and an air-filled plate capacitor. The first composite is composed of a piezoelectric resonator consisting of a piezoelectric body 1 and electrodes 11 and 12 at the top and bottom of the piezoelectric body 1 consists of a plate capacitor 3 , The piezoelectric body 1 with the thickness d and the electrodes 11 and 12 is a length extensional vibration, since the vibration in the longitudinal direction, ie parallel to the electrodes 11 and 12 , is directed. This is at the vibration node of symbolically illustrated fasteners 13 and 14 held. The width of the piezoelectric body 1 is much smaller than its length. The plate capacitor 3 is made of metal plates 31 and 32 and a gap of the width h between these metal plates. The metal plate 32 of the plate capacitor 3 is symbolic by a fastener 33 fixed. In the first composite is the piezoelectric body 1 in vibration direction in mechanical contact with the plate 31 of the plate capacitor 3 , In addition, the electrode 11 over the fastener 13 and the electrical connection 15 to the metal plate 31 of the plate capacitor 3 connected, and the electrode 12 is about the fastener 14 , electrical connections 6 . 9 and 91 and via a series connection of an AC voltage source 7 and an ohmic resistance 8th to the metal plate 32 of the plate capacitor 3 connected. The second composite is composed of a piezoelectric resonator consisting of a piezoelectric body 10 and electrodes 21 and 22 at the top and bottom of the piezoelectric body 10 consists of a plate capacitor 4 , The piezoelectric body 10 with the thickness d and the electrodes 21 and 22 is a length extensional vibration, since the vibration in the longitudinal direction, ie parallel to the electrodes 21 and 22 , is directed. This is at the vibration node of symbolically illustrated fasteners 23 and 24 held. The width of the piezoelectric body 10 is much smaller than its length. The plate capacitor 4 is made of metal plates 41 and 42 and a gap of the width h between these metal plates. The metal plate 42 the plate capacitor is symbolic by a fastener 43 fixed. In the second composite is the piezoelectric body 10 in the vibration direction in mechanical contact with the metal plate 41 of the plate capacitor 4 , In addition, the electrode 21 over the fastener 23 and the electrical connection 25 to the metal plate 41 of the plate capacitor 4 connected, and the electrode 22 is about a fastener 24 , electrical connections 6 . 9 and 92 and via a series connection of an AC voltage source 7 and an ohmic resistance 8th to the metal plate 42 of the plate capacitor 4 connected. The electrode 12 on the bottom of the piezoelectric body 1 is with the electrode 22 on top of the piezoelectric body 10 over the electrical connection 9 connected. The material of the piezoelectric body is polarized piezoelectric ceramic. The directions of the impressed polarization of the piezoelectric body 1 and 10 are through the arrows 16 respectively. 26 represents. The electrodes 12 and 22 have the same electrical potential. Also the electrodes 11 and 21 have due to the identical structure of the two composites the same potential, which is different from that of the electrodes 12 and 22 different. Consequently, the electric fields in the piezoelectric bodies have opposite directions, so that always oscillates one of the two piezoelectric resonators, regardless of whether the AC voltage source 7 just delivers a positive or negative voltage. According to the arrangement of 5 Spontaneous oscillations with very small amplitudes are amplified so that they build up until the energy supplied as a result of the amplification is compensated by the oscillation loss. This creates a stable vibration.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 2, 101, 2, 10: Piezoelektrischer Körper Piezoelectric body
11, 12, 21, 22, 101, 10211, 12, 21, 22, 101, 102: Elektroden electrodes
3, 4, 203, 4, 20: Kondensator capacitor
31, 32, 41, 42, 101, 20131, 32, 41, 42, 101, 201: Metallplatten metal plates
4, 7, 304, 7, 30: Spannungsquellevoltage source
5, 8, 405, 8, 40: Impedanz impedance
6, 9, 15, 25, 50, 91, 926, 9, 15, 25, 50, 91, 92: Elektrische Verbindungen Electrical connections
13, 14, 23, 24, 33, 43, 103, 104, 20213, 14, 23, 24, 33, 43, 103, 104, 202: Befestigungsmittel fastener

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6788158 [0003]
US 5789845 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Nelson, A. et. al .: "A 22 μW, 2.0 GHz FBAR Oscillator", IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC), June 2011 [0005]
TE Parker and GK Montress .: "Precision surface-acoustic-wave (SAW) oscillators", Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Vol.35, 1988, pages 342-354 [0007]

Claims

An acoustoelectric oscillator comprising an electrical circuit having at least one piezoelectric resonator, at least one impedance and at least one voltage source, the piezoelectric resonator (s) each consisting of a piezoelectric body and at least two electrodes arranged at least partially opposite one another on the surface of the piezoelectric body, wherein each piezoelectric resonator forms a composite with a plate capacitor, wherein an area of the piezoelectric resonator oriented perpendicular to the vibrational direction of the piezoelectric body is in mechanical contact with an electrode of the plate capacitor, and each piezoelectric resonator is electrically connected in parallel with its associated plate capacitor is.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that a series circuit of the voltage source and the impedance in a branch of the parallel circuit of at least one piezoelectric resonator and at least one plate capacitor is connected.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that a series circuit of the voltage source and the impedance is connected in parallel to a composite or in series with a composite.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that one electrode of the resonator is electrically connected to one electrode of the plate capacitor and the respective other electrode of the resonator to the other electrode of the plate capacitor via a series circuit of the voltage source and the impedance.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that one electrode of the resonator is electrically connected to one electrode of the plate capacitor and the respective other electrode of the resonator to the other electrode of the plate capacitor and connected in parallel to the composite, a series circuit of the voltage source and the impedance.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that an electrode of the piezoelectric resonator is simultaneously an electrode of the plate capacitor.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that said at least one piezoelectric resonator is a length extensional vibrator in which the vibration is directed parallel to the electrodes of the piezoelectric resonator.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that the at least one piezoelectric resonator is a thickness extensional oscillator in which the vibration is directed perpendicular to the electrodes of the piezoelectric resonator.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that the width of the piezoelectric body is smaller than the length of the piezoelectric body.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that the plate capacitor comprises a gas or a vacuum as a dielectric.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that at least two composites and a series circuit of the voltage source and the impedance are connected in parallel.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that the voltage source is a DC voltage source or AC voltage source, wherein the AC voltage source draws its energy from harvested energy.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that the frequency of the AC voltage is substantially smaller than the operating frequency of the piezoelectric resonator.

An acoustoelectric oscillator according to claim 1, characterized in that the impedance is an ohmic resistance, advantageously the internal resistance of the voltage source.