DE2823155A1

DE2823155A1 - Elektrische steuerschaltung fuer einen piezoelektrischen schwinger

Info

Publication number: DE2823155A1
Application number: DE19782823155
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Hamatani
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seiko Time Creation Inc
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1978-12-07
Also published as: JPS5744398Y2; CH641625GA3; US4232241A; DE2823155C2; CH641625B; FR2392537B1; HK28183A; JPS53162675U; FR2392537A1

Description

Elektrische Steuerschaltung für einen piezoelektrischen

Schwinger

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bereits eine Steuer- oder Antriebsschaltung für einen piezoelektrischen Schwinger bekannt, die nachfolgend unter Bezugnahme auf Pig. 5 beschrieben ist. Bei dieser bekannten Steuerschaltung, die eine Transistor schaltung darstellt, wird die effektive elektrische Energie zur Ansteuerung bzw. zum Antrieb des piezoelektrischen Schwingers nur durch einen ersten Impuls kleiner

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Impulsbreite abgegeben. Somit ließe sich praktisch keine große Antriebskraft erreichen. Aus diesem Grund ergibt sich beispielsweise im Falle des Einsatzes dieser Steuerschaltung als Yibrationsquelle eines Tongenerators der Nachteil, daß kein hoher Schalldruckwert erreichbar ist. Durch Erhöhung der Windungszahl der Spule, wie dies unter Bezug auf Fig. 5 noch erläutert wird, läßt sich zwar eine Erhöhung des Schalldruckwertes oder Schalldruckpegels erreichen. Mit einer Erhöhung der Windungszahl vergrößert sich jedoch auch der Raum bzw. Platz, der durch die betreffende Spule eingenommen wird. Die bekannte Steuerschaltung läßt sich daher nicht so auslegen, daß sie sich für Geräte kleiner Größe, beispielsweise elektronische Alarmuhren kleiner Größe anwenden läßt. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, einen Transformator bzw. Wandler als Steuerschaltung einzusetzen, jedoch ist dies im Hinblick auf den erforderlichen Raumbedarf unerwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Steuer- bzw. Antriebsschaltung für einen piezoelektrischen Schwinger zu schaffen, welche die vorstehend angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem TJnteranspruch.

Die Erfindung schafft eine Steuer- oder Antriebsschaltung für einen piezoelektrischen Schwinger, die imstande ist, dem piezoelektrischen Schwinger eine hohe Schwingkraft zu verleihen, d.h. eine große Kraft zur Erregung des Schwingers zu liefern.

Der piezoelektrische Schwinger liegt in Parallelschaltung zu einer Serienschaltung, welche aus einer Wick-

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lung und einer Diode besteht. Der piezoelektrische Schwinger wird durch eine umgekehrte oder invertierte Spannung ausgesteuert, die in der Wicklung induziert wird. Dabei ist es möglich, ohne Erhöhung der Windungszahl der Wicklung eine größere elektrische Energie dem piezoelektrischen Schwinger zuzuführen.

Bei der elektrischen Steuerschaltung sind eine Diode und eine Wicklung in Serie geschaltet, wobei diese Serienschaltung in Reihe zur Ausgangsseite der Steuerschaltung liegt, die aufgrund des Empfangs eines Impulssignales ein- und ausgeschaltet wird. Der piezoelektrische Schwinger liegt parallel zu der Serienschaltung aus der Diode und der Wicklung. Der piezoelektrische Schwinger wird durch eine umgekehrte bzw. invertierte Spannung ausgesteuert, die in der Wicklung hervorgerufen wird. Mit der Steuerschaltung ist es möglich, eine größere elektrische Energie zur Aussteuerung des piezoelektrischen Schwingers zu erzeugen.

Aufgrund der Tatsache, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung eine Wicklung und eine Diode in Serie zur Ausgangsseite der Steuerschaltung geschaltet sind und der piezoelektrische Schwinger parallel zu den letzteren beiden Schaltungselementen liegt, wird der piezoelektrische Schwinger durch eine beträchtlich hohe Antriebskraft ausgesteuert, infolgedessen ein hoher Schalldruckwert erreichbar ist. Dabei ist jedoch die Zahl der Windungen der Wicklung im Vergleich zur bekannten Steuerschaltung klein, was dazu führt, daß die erfindungsgemäße Steuerschaltung für Einrichtungen kleiner Größe verwendbar ist, beispielsweise als Ton- generator einer elektronischen Alarmuhr.

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Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der elektrischen Steuerschaltung anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerschaltung,

Pig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung von in Teilen der Steuerschaltung nach Pig. 1 auftretenden Signalen,

Hg. 3 eine Aufsicht auf einen Schwinger, der aus einer metallnen Schwingplatte besteht, auf die ein piezoelektrisches Keramikelement aufgesetzt bzw. aufgeklebt ist,

Pig. 4· ein durch Experimente erhaltenes Diagramm zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen dem Schalldruck und der Frequenz beim Betrieb der Steuerschaltung,

Fig. 5 eine bekannte elektrische Schaltung zur Aussteuerung eines piezoelektrischen Schwingers, und

Pig. 6 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der in Teilen der Schaltung nach Pig. 5 auftretenden Signalformen.

An die in Fig. 1 gezeigte Steuerschaltung wird ein Impulssignal angelegt, das die in Pig. 2 mit A bezeichnete Form hat. In Fig. 2 bezeichnet die Ordinate die Zeitfunktion, während entlang der Abszisse die Spannung V aufgetragen ist. Das Signal A wird an den Anschluß a der in Fig.

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gezeigten Schaltung angelegt und über einen Widerstand R an die Basis eines Transistors Tr₃ geführt. Wenn sich der Transistor Tr_? aufgrund des Impulssignals im EIN-Zustand befindet, fließt ein elektrischer Strom von einer Gleichspannungsquelle E durch eine Diode d und somit durch eine Wicklung Lp. Wenn dagegen der Transistor Tr^ aufgrund der Hinterflanke jedes Impulses, der durch die Wellenform A dargestellt ist, in den AUS-Zustand geschaltet ist, wird in der Wicklung Lp eine umgekehrte, induzierte Spannung hervorgerufen, die in Pig. 2 mit B bezeichnet ist (entlang der Ordinate ist die Zeit und entlang der Abszisse die Spannung aufgetragen). Infolge der in der Wicklung Lp induzierten Spannung wird die Diode d in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Daher wird die induzierte Spannung an den piezoelektrischen Schwinger angelegt, der in Fig. 1 mit Pp bezeichnet ist. Aufgrund eines Vergleichs des Signals B in Fig. 2 mit dem Signal B in "Pig. 6, das die in der Wicklung L^ der bekannten elektrischen Schaltung induzierte Spannungssignal wiedergibt, ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Steuerschaltung eine wesentlich größere elektrische Energie an den piezoelektrischen Schwinger Pp angelegt wird, als dies bezüglich des piezoelektrischen Schwingers P^ der Schaltung nach Fig. 5 der Fall ist, so daß mit der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ein hoher Schalldruckpegel erreicht werden kann. Die bekannte Schaltung nach Fig. 5 und die bei dieser Schaltung auftretenden Signale nach Fig. 6 werden im folgenden noch erläutert.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Steuerschaltung sowie deren Merkmale werden nachfolgend durch Angabe experimenteller Ergebnisse verdeutlicht. Gemäß Fig. 5

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ORlGWAL INSPECTED

besteht der Schwinger A aus einer metallnen Schwingplatte n, auf die ein piezoelektrisches Keramikelement bzw- Keramikmaterial aufgesetzt (befestigt, vorzugsweise aufgeklebt) ist, welches in Hg. 3 mit m bezeichnet ist. Die Schwingplatte η besteht aus rostfreiem Stahl. Der Durchmesser der Schwingplatte η beträgt 14 mm und dessen Dicke 0,1 mm. Das piezoelektrische Keramikelement weist eine Längsseite mit einer Länge von 10 mm, eine Schmalseite mit 2 mm und eine Dicke von 0,2 mm auf. Die Wicklung L₂ weist 1400 Windungen auf, wobei der Drahtdurchmesser 0,05 mm beträgt. Die Spannungsquelle E liefert eine Spannung von 1,5 Volt. Darüber hinaus ist die metallne Schwingplatte in ein Resonanzgehäuse eingesetzt.

Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung weist einen Transistor Tr,] auf, der an der Hinterkante jedes Impulses ausgeschaltet wird, welcher durch die Wellenform A in RLg. 6 dargestellt wird. Der piezoelektrische Schwinger P_x, empfängt eine gedämpfte Oszillationsspannung, die in Fig. 6 mit B bezeichnet ist. Die effektive elektrische Energie zur Aussteuerung des piezoelektrischen Schwingers P_x, wird somit nur durch einen ersten Impuls kleiner Impulsbreite abgegeben. Somit läßt sich im Vergleich zu Hg. 2 nur eine geringe Aussteuerungskraft bei der bekannten elektrischen Schaltung erreichen, was zu den eingangs genannten Nachteilen führt. Die Wicklung L^ der in Fig. 5 gezeigten Schaltung hat ebenfalls 1400 Windungen bei einem Drahtdurchmesser von 0,05 mm. Die Spannungsquelle E liefert ebenfalls eine Spannung von 1,5 Volt. Eine Erhöhung des Schalldruckpegels läßt sich durch eine größere Windungszahl erreichen. Der Schalldruck als Funktion der Frequenz des Impulssignals, das an die Transistoren Tr_x,, Tr₂ der in Fig. und 1 gezeigten Schaltungen angelegt wird, wurde in einer

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Entfernung von 10 cm zum Resonanzgehäuse gemessen. Die betreffenden Beziehungen sind für beide Schaltungen in Pig. 4 dargestellt, wobei in Pig. 4 entlang der Ordinate der Schalldruckpegel P und entlang der Abszisse die frequenz P des Impulssignals aufgetragen ist. Die mit A bezeichnete Kurve gibt die Charakteristik der erfindungsgemäßen Steuerschaltung wieder, während die Kurve B die Charakteristik der Schaltung nach Pig. 5 darstellt. Aus Pig. 4 ist ersichtlich, daß der Schalldruckpegel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung gegenüber dem der bekannten Steuerschaltung wesentlich erhöht ist.

Obgleich die Steuerschaltung einen Transistor aufweist, läßt sich anstelle dieses Transistors jedes andere Schaltglied verwenden.

Die erfindungsgemäße Steuerschaltung läßt sich aufgrund des durch sie erreichbaren vergleichbar hohen Schalldruck besonders vorteilhaft bei elektronischen Alarmuhren anwenden.

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Claims

Patentansprüche

1- Elektrische Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Schwinger, "bestehend aus einem Parallelkreis, in dessen einem Zweig eine Wicklung und in dessen anderem Zweig der piezoelektrische Schwinger liegen, wobei eine Seite des Parallelkreises an eine Spannungsquelle und die andere Seite des Parallelkreises an ein Schaltglied angeschlossen ist, welches "beim Empfang eines Impulssignales ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Wicklung (Lo) enthaltenden Zweig des Parallel kreises (Lg, Po) eine Diode (d) in Serie zur Wicklung (L geschaltet ist.
2. Elektrische Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch

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ORIGINAL INSPECTED

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gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (E) ein hohes Potential liefert und daß die Diode (d) mit ihrer Kathode an die Wicklung (L₂) und mit der Anode an die Spannungsquelle geschaltet ist, während die Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Schwinger (Pp) und der Wicklung (L^) über das Schaltelement an niedriges Potential geschaltet werden kann·

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