143433. lajstromszámú szabadalom • Piezoelektromos kristályelem

Megjelent 1957. március hó 1-én. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 143.433. SZÁM 21. A4

. 1—13. OSZTÁLY — KO—

670. ALAPSZÁM Piezoelektromos kristályéiért! A Magyar Állam, mint a íeltaláló Kőhegyi Ferenc budapesti lakos jogutódja. A bejelentés napja: 1953. szeptember 10. Kondenzátorfegyverzetekkel (elektródákkal) ellátott piezoelektromos kristályelemeknek pl. villamos hullámszűrőkben reaktanciaelemként és rezgéskeltően frekvenciameghatározó elemként való használata már ismeretes. Ilyen alkalmazásban a kristálytest a villamos térre merőleges irányú hosszrezgéseket végez, miközben az a sajátsága érvényesül, hogy rugalmassági jellemzőinek nagyfokú állandósága (pl. a hőmérséklettől való nagymértékű függetlensége) folytán az előálló mechanikai rezgések frekvenciája messzemenően állandó. Minthogy a piezoelektromos hatás folytán a megfelelő kristályfelületeken keletkező villamos töltések a mechanikai feszültségek függvényei és így azokkal együtt változnak,, ebből a kristályelemet tartalmazó villamos áramkör villamos jellemzőjének (pl. a piezoelektromos excillátor rezgésszámának) állandósága is következik. De következik továbbá az is, hogy mindazok a körülmények, amelyek a mechanikai rezgéseket zavarják, zavarják a villamos jelenségeket is. Különösen szembetűnők ezek a zavaró jelenségek igen nagy — pl. 150 kHznél nagyobb — frekvenciáknál, amikor a kristálynak igen kis méreteket kell adni. tehát a hozzávaló segédberendezéseknek, pl. áramhozzávezetőknek is olyan kis méretűeknek kell lenni, amelyek gyakorlati megvalósítása már nagy nehézségekkel jár. Ilyen zavaró befolyást gyakorolnak pl. a piezoelektromos kristály elektródáihoz csatlakozó áramvezetékek, illetve azok a forrasztások, amelyek azokat a fegyverzetekkel összekötik. Ezek ugyanis a kristály mechanikai rezgéseiben részt vesznek, tömegükkel és merevségükkel annak szabad mozgását gátolják, attól energiát vonnak el és ennélfogva annak rezgéseire esillapítólag hatnak. Hatásuk tehát a kristály elem (mint soros rezgőkör) ún. látszólagos soros ellenállásának megnövekedésében nyilvánul. A kis méretek folytán mutatkozó fent említett hátrányok különösen ' akkor jelentkeznek, ha a piezo-kristály nem alaphullámán, hanem annak valamely felső harmonikusán rezeg, aminek előidézése végett a kristály több igen kisméretű elektródapárral van felszerelve. Az áramhozzávezetéseknek az előzők szerint hátrányos merevítő hatását korábban úgy próbálták kiküszöbölni, hogy az áramvezetéseket csúcsosaknak képezték ki és azokat a kristályfcest rezgési csomópontjaihoz szorították. Ez a megoldás azonban nem vált be, mert a csúcsok helyükről elmozdulhattak, vagy a kristálytest a csúcsok közül kieshetett, ami a kristály üzemi jellemzőjének megváltozását, vagy teljes üzemképtelenségét okozhatta. A találmány szerint az elektródákat úgy képezzük ki, hogy azok két különálló elektróda rendszert alkotnak, amelyek mindenike több egymással öszszefüggő elektróda felületből áll és az összes elektródák több egymással párhuzamosan kapcsolt elektródapárt (kondenzátor fegyverzetet) alkotnak. Minthogy így a találmány szerint a kristályelem egy helyett több párhuzamosan kapcsolt kondenzátort alkot, a sorosellenállás és ezzel együtt a csillapodás is csökken. És mivel a megfelelő kondenzátorfegyverzetek már eredetileg összefüggő fémfelületet alkotnak, azok külön villamos összekapcsolása felesleges, tehát a csillapodásokozó hozzávezetések száma kettőre csökken. Ennek az ilyen módon lényegesen lecsökkentett számú forrasztásnak káros hatása elhanyagolható, ha a forrasztásnak olyan kis méretet adunk, hogy az a vele közvetlenül összekötött kondenzátor elem felületének ötvened részénél kisebb. Ennek a tapasztalati értéknek szem előtt tartásával a csillapodás gyakorlatilag elhanyagolható. A találmányt részletesen az ábrákkal kapcsolatban magyarázzuk meg, amelyek közül az 1. és 2. ábra a találmány szerinti elektróda elrendezésű kristályelemet, a 3. ábra pedig a találmány szerinti elektróda alak perspektivikus képét mutatja. Az 1. ábrán 1 a rúdalakú piezo kristályelem. Felső és alsó lapja a 2 fegyverzetekkel van ellátva (pl. felgőzölés vagy katódporlasztás által), amelyekhez a 3 forrasztások útján a 4 villamos vezetékek csatlakoznak. A fegyverzetek között villamos erőtér keletkezik, amelynek hatására a rúd hosszirányában megnyúlás, a rá merőleges irányban pedig öszszeh'úzódás áll elő. Ha periodikusan, változó gerjesztő feszültséget alkalmazunk, a kristályrúd tengelye mentén hosszrezgések állanak elő, amelyek a rúd saját rezgéseivel rezonanciába hozhatók. Ha a kristályt egy felső harmonikusnak megfelelő frekvenciával akarjuk