DE2534245B2

DE2534245B2 - Regelschaltung für piezoelektrische Wandler

Info

Publication number: DE2534245B2
Application number: DE2534245A
Authority: DE
Inventors: Eraldo Turin Giaccardi (Italien)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1975-07-31
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2534245A1; US3989963A; FR2281029B1; JPS5137615A; FR2281029A1; JPS5848866B2; IT1016752B; DE2534245C3; GB1480452A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Regelung der Arbeitsweise eines oder mehrerer piezoelektrischer Geber und insbesondere eine Schaltung zur Regelung der Umschaltung vom Geber- zum Empfängerzustand von Systemen unter Verwendung einer Anzahl piezoelektrischer Ultraschall-Wandler.

Bei Systemen, bei denen mindestens zwei piezoelektrische Ultraschallwandler verwendet werden, die gleichzeitig für kurze Zeiträume für den Betrieb als Geber gespeist werden und dann sofort in einen Empfangszustand umgeschaltet werden, besteht das Hauptproblem in einer angemessenen Belieferung der Wandler für den Betrieb als Geber ohne übermäßigen Leistungsverbrauch und gleichzeitig die durch den Wandler empfangenen Signale von den Eigenschaften der zur Belieferung verwendeten Leistungstransistoren unabhängig zu machen.

Es wäre naheliegend, ein System vorzusehen, bei welchem die Verwendung einer Anzahl Impulsgeneratoren vorgesehen ist, je einer für jeden piezoelektrischen Wandler, und ein Leistungstransistt/r, der im Sättigungszustand gehalten wird, wobei die Wandlerschaltung sich in einem Empfangszustand mit Ausnahme einer kurzen Periode befindet, wenn der Wandler als Geber verwendet werden soll. Ein typischer Arbeitszyklus würde zwei Millisekunden dauern, während welchen der Leistungstransistor mit Ausnahme einer Periode von 5—6 Mikrosekunden gesättigt gehalten wird, während welcher Periode ein Impulssignal zum Senden erzeugt wird. Dieses System erfordert jedoch einen beträchtlichen Energieaufwand, da der Transistor den größten Teil der Zeit im Sättigungszustand betrieben wird. Außerdem hängt die Qualität des empfangenen Signals nicht nur von den Eigenschaften des Wandlers ab, sondern auch von denjenigen des Transistors.

Eine Steuerschaltung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 21 34 183 bekannt Diese Schaltung weist zusätzlich su der mit Zenerdioden bestückten Begrenzungsstufe einen dieser Begrenzungsstufe nachgeschalteten Schalterstromkreis auf, der von drei weiteren Steuerkreisen angesteuert wird, um eine im Sendezustand des Wandlers notwendige Signalbegrenzung zu erzielen. Die bekannte Schaltung ist demnach relativ aufwendig. Darüber hinaus ist der bekannten Schaltungsanordnung nicht zu entnehmen, wie der Leistungsverbrauch des Erregungs- bzw. Impulsgenerators auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann, mehrere Wandler mit relativ geringem Schaltungsaufwand und Energieverbrauch betrieben werden können und die Qualität der empfangenen Wandlersignale auf einfache Weise relativ unabhängig von den Kennlinien der im Impulsgenerator verwendeten Bauelemente unabhängig gemacht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Regelschaltung für die Erzeugung von Impulsen und für die automatische Umschaltung vom Geberzustand in den Empfangszustand eines oder mehrerer piezoelektrischer Wandler zu entwickeln, bei der die erwähnten Nachteile vermieden sind und bei welcher der Leistungsverbrauch des Regeltransistors auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist und bei welcher es ferner möglich ist, das empfangene Signal von den Eigenschaften des Transistors unabhänig zu machen. Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann die Schaltung ohne weiteres zur Regelung von mehr oder weniger Wandlern angepaßt werden, indem die Abmessungen eines oder mehrerer Elemente derselben in geeigneter Weise verändert werden.

Eine erfindungsgemäße Regelschaltung für einen oder mehrere piezoelektrische Ultraschallwandler, die periodisch als Geber und Empfänger von Ultraschallsignalen betrieben werden können, besteht darin, daß sie einen Leistungstransistor besitzt, der mit einer Drosselspule in Reihe geschaltet ist, welche mit einer Stromquelle verbunden ist, wobei der Leistungstransistor durch eine Zeitschaltung geregelt wird, welche den Transistor periodisch leitend und nichtleitend mach'., um Impulssignsie aus der Drosselspule zu induzieren, eine gemeinsame Leitung, die den Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors und der Drossel-

spule mit dem oder jedem piezoelektrischen Wandler verbindet, eine Zenerdiode in der erwähnten gemeinsamen Leitung, um einen Stromfluß von der Drosselspule zu dem bzw. jedem Wandler zu verhindern, wenn der Transistor nichtleitend ist, wobei der oder jeder Wandler mit einer Entkopplungsdiode zwischen sich und der gemeinsamen Leitung versehen ist und sich eine Schaltdiode in Reihenschaltung mit einem Widerstand parallel zum Ausgang des oder jeden Wandlers befindet, jede Schaltdiode eine solche Impedanz hat, daß sie in Durchlaßrichtung zur Stromleitung durch ein Impulssignal von der Drosselspule im Geberzustand vorgespannt wird, jedoch nicht durch ein von dem bzw. von jedem zugeordneten piezoelektrischen Wandler empfangenes Signal.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beispielsweise in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben, die ein Schaltbild dieser Ausführungsform zeigt

In der Zeichnung ist eine Leistungsregelschaltung A zur Regelung von zwei piezoelektrischen Wandlern gezeigt Die Leistungsregelschaltung A umfaßt einen Leistungstransistor 1, dessen Kollektor-Emitter-Übergang zwischen eine Drosselspule 3 und der Erde geschaltet ist Die Drosselspule 3 wird mit Strom von einer nicht gezeigten Stromquelle gespeist und der Verbinduingspunkt zwischen der Spule 3 und dem Kollektor des Transistors 1 ist mit einer Hauptversorgungsleitung 4 verbunden, in der sich eine Zenerdiode 5 befindet Die Basis des Transistors 1 ist mit einer Zeitschaltung 2 verbunden, welche den Transistor 1 in seinem nichtleitenden Zustand mit Ausnahme kurzer Zeitperioden hält, während welcher er leitend gemacht wird. Diese Zeitperidoen sind nur so lang, daß sie ausreichen, die Induktivität 3 ausreichend aufzuladen, so daß, wenn der Transistor 1 nichtleitend wird, die Spannung am Verbindungspunkt der Drosselspule 3 auf einen Wert ansteigt, der höher als der Wert der Zenerdurchbruchspannung ist, so daß die Zenerdiode 5 diesen Imp ils zur Abgabe als Ultraschallsignal durch zwei Wandler 7, T durchläßt, die zwischen der Hauptversorgungsleitung 4 und der Erde parallelgeschaltet sind.

Die Zenerdiode verhindert, wenn der Transistor nichtleitend ist, daß die kontinuierliche Speisespannung die Wandler 7, T erreicht, so daß iich die Schaltung in dem geeigneten Zustand für den Empfang von Ultraschallsignalen durch die Wandler 7, T befindet, wodurch gleichzeitig der Leistungsverbrauch des Leistungstransistors 1 auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Zwischen jedem der Wandler 7, T und der Hauptversorgungsleitung 4 befindet sich eine Entkopplungsdiode 6, 6', um eine Interferenz zwischen den verschiedenen Wandlern zu verhindern. Parallel zu

lü jedem der Wandler 7, T ist ein automatischer Schaltkreis B, ß'geschaltet, der einen ersten Widerstand 10,10' in Reihenschaltung mit einer Schaltdiode 12,12' aufweist, die geerdet ist Die Impedanz der Diode 12,12' ist derart, daß sie relativ starke Signale auf der Hauptversorgungsleitung 4 im Geberzustand der Schaltung ohne weiteres durchläßt, nicht dagegen die relativ schwachen Signale vom Wandler 7, T beim Empfang. Der Widerstand 10 bildet zusammen mit einem Widerstand 11 einen Spannungsteiler in Paralle!- schaltung zum Wandler 7, T. Der Sr'raltkreis B, ß'leitet das durch den Wandler 7, 7' erzeugte empfangene Signal zu einem Verstärker 9,9' weiter. In Parallelschaltung zur Schaltdiode 12, 12' befindet sich eine zweite Diode 13,13', deren Polarität derjenigen der Schaltdio-

i=> de entgegengesetzt ist und die als Schutzdiode für den Verstärker 9,9'dient

In Parallelschaltung zu jedem Wandler 7, T befindet sich ferner eine weitere Diode 15, 15', deren Anode geerdet ist Diese Diode blockier? die negativen Halbwellen, die unmittelbar nach dem Sendesignal erzeugt werden.

Die beschriebene Schaltung ermöglicht es, die vom Transistor 1 verbrauchte Leistung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, da dieser nur während eines sehr kurzen

v> Teils des Arbeitszyklus der Schaltung gesättigt wird. Außerdem ist, da der Transistor von den piezoelektrischen Wandlern 7, T wirksam durch Dioden getrennt ist, die Qualität des empfangenen Signal; unabhängig von den Eigenschaften des Transistors. Darüber hinaus

■Ό kann mit der beschriebenen Schaltung eine große Zahl von Wandlern so gesteuert werden, daß automatisch zwischen dem Geber- und dem Empfangszustand umgeschaltet wird, ohne daß teuere Schaltelemente erforderlich sind, sondern nur zwei Widerstände und

•f zwei Dioden verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelschaltung für einen oder mehrere piezoelektrische Ultraschallwandler mit periodischer Arbeitsweise zur Abgabe und zum Empfang '^J von Ultraschallsignalen, mit einer Reihenschaltung aus Schaltdiode und Widerstand parallel zum Ausgang des bzw. jedes Wandlers, wobei jede Schaltdiode eine solche Impedanz hat, daß sie in Durchlaßrichtung durch ein Impuksignal von der <° Drosselspule im Geberzustand zur Stromleitung vorgespannt wird, nicht jedoch durch ein von dem bzw. den zugeordneten piezoelektrischen Wandlern empfangenes Signal, gekennzeichnet durch einen Leistungstransistor (1), der sich mit einer an '⁵ eine Stromquelle angeschlossenen Drosselspule (3) in Reihenschaltung befindet und durch eine Zeitschaltung (2) gesteuert wird, welche den Transistor periodisch leitend und nichtleitend macht, um von der Drosselspule (3) Impulssignale zu induzieren, eine gemeinsame Leitung (4). welche den Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors (1) und der Spule (3) mit dem oder jedem piezoelektrischen Wandler (J₁ T) verbindet, eine Zenerdiode (5) in der gemeinsamen Leitung, durch welche ein Stromfluß von der Drosselspule (3) zu dem bzw. jedem Wandler {7, T) verhindert wird, wenn der Transistor (1) nichtleitend ist, wobei zwischen dem bzw. jedem Wandler (7, T) eine Entkopplungsdiode (6, 6') und der gemeinsamen ^iQ Leitung (4) geschaltet ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die V'idersti ide (10, 10') in Reihenschaltung mit den Scfcahdioden (12, 12') zusammen mit jeweiligen weiteren W !erständen (11, 11') ^JS Spannungsteiler je in Parallelschaltung mit dem bzw. einem jeweiligen Wandler (7,7') bilden.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelschaltung zu jeder Schaltdiode (12, 12') eine zweite Diode (13, 13') vorgesehen ist, deren Polarität derjenigen der Schaltdiode (12, 12') entgegengesetzt ist, wobei die bzw. jede zweite Diode (13, 13') dazu dient, eme Verstärkerschaltung zu schützen, der das von dem bzw. jedem zugeordneten piezoelektrischen Wand- ^4:> ler (7, T) empfangene Signal zugeführt wird.

4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelschaltung zu dem bzw. jedem Wandler (7, T) eine dritte Diode mit einer geerdeten Anode vorgesehen ist, die dazu ^w dient, die negativen Halbwellen zu blockieren, die unmittelbar nach dem Sendeimpuls erzeugt werden.