DE2148520C3 - Piezoelektrischer Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler zum Ankoppeln eines erdunsymmetrischen mechanischen Filters an eine erdsymmetrische Schaltungsgruppe, beispielsweise einen Gegentaktmodulator.

Filter und demnach auch mechanische Filter werden sehr häufig, vor allem in nach dem Frequenzvielfach-Verfahren arbeitenden Mehrfach-Übertragungsgeräten in Verbindung mit Frequenzumsetzern verwendet. Die dabei benutzten Frequenzumsetzer oder Modulatoren sind zum Unterdrücken der sie steuernden Trägerfrequenz im allgemeinen Brückenschal'ungen, denen die Trägerfrequenz in einem Brückenzweig zugeführt wird. Dazu beginnen und enden die Frequenzumsetzer üblicherweise mit Transformatoren, deren dem eigentlichen Umsetzer zugewandte Wicklungen jeweils einen Mittelabgriff für die Trägereinspeisung haben.

ίο In Verbindung mit den herkömmlichen LC-Filtern kann der Transformator zwischen Filter und Umsetzer selbst ein abgestimmtes Filterelement im Querzweig sein. Bei mechanischen Filtern mit elektromagnetischen Wandlern zum Umwandeln elektrischer in mechanische Schwingungen und umgekehrt kann dieser auf der dem Umsetzer zugewandten Seite eine Erregerspule mit Millelanzapfung haben, über die dem Umsetzer die steuernde Trägerfrequenz zugeführt werden kann.

In der neuzeitlichen Technik versucht man jedoch, vor allem die raum- und kostenaufwendigen Spulen zu vermeiden und verwendet daher nicht nur die spulenlosen mechanischen Filter, sondern auch an Stelle von magnetostriktiven Wandlern mit einer Erregerspule piezoelektrische Wandler. Der zum Einspeisen der Trägerfrequenz in den erdsymmetrischen Frequenzumsetzer erforderliche Mittelabgriff einer Spule war bisher nicht zu umgehen und es bestand daher die Aufgabe, für Verbindung eines mechanischen Filters mit einem erdsymmetrischen Frequenzumsetzer eine Anordnung

zu schaffen, die ohne Spule einen Übergang zwischen beiden Baugruppen und das erdsymmetrische Einspeisen einer den Umsetzer steuernden Trägerfrequenz erlaubt.

Der hierzu dienende, erfindungsgemäße piezoelektrisehe Wandler zum Ankoppeln eines mechanischen Filters an eine erdsymmetrische Schaltungsgruppe, vor/tugsweise an einen Gegentaktmodulator, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler zumindest einen Körper aus piezoelektrisch wirksamen Material enthält und dieses durch eine piezoelektrisch unwirksame Zone getrennt in zwei Bereichen in zueinander entgegengesetzten Richtungen polarisiert ist, und daß auf der elektrischen Seite des Wandlers das piezoelektrische Material in den zwei Bereichen über getrennte Anschlüsse zugänglich ist.

Aus der DE-OS 14 41095 sind piezoelektrische Schwinger bekannt, bei denen eine oder zwei piezoelektrische Scheiben mit einer metallischen Unterlage verbunden sind. Alle piezoelektrischen Schwinger sind als elektrische Zweipole geschaltet, bei denen das elektrische Feld in Längsrichtung ausgebildet ist. Daraus ist ersichtlich, daß diese piezoelektrischen Schwinger eine andere Aufgabe lösen, so daß die erfindungsgemäße Aufgabe damit nicht gelöst werden kann.

Ebenso ist aus der DE-AS 12 03 321, insbesondere Fig. 8, ein Stimmgabelresonator bekannt, der als Vierpol bzw. als Zweipol betrieben werden kann. Aufgrund der Polarisation der piezoelektrischen Plättchen, führt dieser Resonator Schwingungen aus, die nicht mechanisch abgekoppelt werden sollen. Es ist sogar so, daß am Fußpunkt der Stimmgabel ein Punkt vorhanden ist, an dem praktisch keine Bewegungen auftreten, so daß dieser Punkt zur starren Befestigung

^ft5 an einem Gehäuse dient.

Mit diesem Resonator läßt sich die erfindungsgemaDe Aufgabe nicht lösen.
Geometrisch kann die erfindungsgernäße Aufgabe

durch verschiedene Anordnungen gelöst werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Beispielhafte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wandler sind in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt. Darin zeigen die Fig. 1 und 2 zwei Längsschwingungen ausführende Wandler und oie Fig. 3 einen Biegeschwingungen ausführenden Wandler.

In allen Zeichnungen sind das piezoelektrische Material durch Schraffur und beispielhafte Polari^ationseinrichtungen desselben durch einfache Pfeile gekennzeichnet. Jeweils ein Doppelpfeil zeigt die An der mechanischen Schwingungen des Wandlers.

Die Wandler für Längsschwingungen nach den F i g. 1 und 2 bestehen neben dem piezoelektrischen Material P. bzw. Pi und P2 jeweils aus einem Körper K 1 auf der mechanischen und zwei Körpern K 2 bzw. K 3 auf der elektrischen Seite des Wandlers, wobei die Eigenfrequenz des Wandlers durch die Gesamtanordnung, bestehend aus P, K 1 und K 2, K 3 bestimm·, wird. Die Körper K \ ... Ki bestehen wie üblich und vorteilhaft aus Metall und dienen dann auch zum elektrischen Anschluß des piezoelektrischen Materials. Die erdsymmetrischen und gegenphasigen Spannungen können an die Körper K 2 bzw. K 3 angeschlossen werden, während der Körper K 1 der symmetrischen Mitte des Wandlers entsprich Diese Anschlüsse sind durch Wechsel- bzw. Massezeichen gekennzeichnet.

Im Wandler nach Fig. 1 bildet das piezoelek.fische Material einen einzigen Körper Pzwischen dem Körper K\ einerseits und den Körpern K 2 bzw. K 3 andererseits. Die Polarisation des piezoelektrischen Materials zwischen den Körpern K 1 und K 2 ist der Polarisation des Materials zwischen den Körpern K 1 und K 3 entgegengesetzt.

In dem im übrigen gleich wie der Wandler nach Fig. 1 aufgebauten Wandler nach Fig. 2 ist das piezoelektrische Material in zwei Körpern Pi bzw. P2 aufgeteilt, die mit entgegengesetzter Polarisationsrichtung zwischen den Körpern K 1 und K 2. bzw. den Körpern K 1 und K 3 angeordnet sind.

Der Wandler für Biegeschwingunger nach Fig. 3 besteht aus einem Resonator R, auf dem auf zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten je ein Körper PX bzw. P2 aus piezoelektrischem Material angeordnet ist, wobei die Polarisation des Materials beider Körper entgegengesetzt zueinander gerichtet ist und wobei die Eigenfrequenz des Wandlers auch wesentlich durch die beiden Keramikplatten mitbestimmt wird. Auf der vom Resonator abgewandten Seite der Korper aus piezoelektrischem Material hat jeder dieser Körper einen Belag für den elektrischen Anschluß der gegenphasigen Spannungen; der Mittelabgriff liegt an dem aus Metall bestehenden Resonator R.

Die genannte, die zwei in unterschiedlicher Richtung polarisierten Bereiche des piezoelektrischen Materials trennende piezoelektrisch unwirksame Zone, wird gebildet bei der Ausführungsforrn nach F i g. 1 durch eine nichtpolarisierte und demnach neutrale Zone des piezoelektrischen Materials, bei der Ausführungsform nach F i g. 2 durch den Luftspak zwischen zwei aus piezoelektrischen Material bestehenden Körpern unterschiedlicher Polarisation und bei der Ausführungsform nach F i g. 3 durch das Material des Resonators R.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Wandler zum Ankoppeln eines mechanischen Filters an eine erdsymmetrische Schaltungsgruppe, vorzugsweise an einen Gegentaktmodulator, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler zumindest einen Körper (P) aus piezoelektrisch wirksamen Material enthält und dieses durch eine piezoelektrisch unwirksame Zone getrennt in zwei Bereichen in zueinander entgegengesetzten Richtungen polarisiert ist, und daß auf der der elektrischen Seite des Wandlers das piezoelektrische Material in den zwei Bereichen über getrennte Anschlüsse zugänglich ist.

2. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 zum Umwandeln elektrischer Schwingungen in mechanische Längsschwingungen und umgekehrt, mit beiderseits des piezoelektrischen Materials angeordneten und mit diesem zusammen einen Resonator bildenden Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper auf der elektrischen Seile des Wandlers in Längsrichtung zweigeteilt ist und daß jeder der dadurch entstandenen Teilkörper (K 1, K 2, K 3) an jeweils einen der durch ihre Polarisation unterschiedlichen Bereiche des piezoelektrischen Materials anschließt.

3. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material einen einzigen Körper (P) zwischen der mechanischen und der elektrischen Seite des Wandlers bildet, und daß das piezoelektrische Material zwischen der mechanischen Seite des Wandlers einerseits und jedem der Teilkörper auf der elektrischen Seite des Wandlers andererseits in Richtung der vorgesehenen Längsschwingungen entgegengesetzt zueinander polarisiert ist.

4. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezolektrische Material in zwei getrennten Körpern (Pi, PT) mit zueinander entgegengesetzter Polarisation zwischen der mechanischen Seite des Wandlers einerseits und je einem der Teilkörper (K\,K2,K1) auf der elektrischen Seite des Wandlers angeordnet ist.

5. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 zum Umwandeln elektrischer Schwingungen in mechanische Biegeschwingungen und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material in zwei getrennten Körpern (PX, Pl) mit zueinander entgegengesetzter Polarisation auf zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten eines mechanischen, Biegeschwingungen ausführenden Resonators ^angeordnet ist, und daß die zwei dem Resonator abgewandten Seiten der Körper aus piezoelektrischem Material mit je einem zum elektrischen Anschluß dienenden elektrisch leitfähigen Belag versehen sind.