DE2534245C3 - Regelschaltung für piezoelektrische Wandler - Google Patents
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Description
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 abermäßigen 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 Leistungstransistor, der im
ίο 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
•5 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.
2r> Eine Steuerschaltung der eingangs genannten Art ist
aus der DE-OS 21 34 183 bekannt Diese Schaltung weist zusätzlich zu 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
>r> 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
4(1 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
r>() 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 Ultraschallsi-
w) gnalen 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
bl Transistor periodisch leitend und nichtleitend macht, um
Impulssignale 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 Leistungsregetschaltung 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
Verbindungspunkt 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 μ Zeitschaltung 2 verbunden, weiche den Transistor ! 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 -15
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 impuls zur Abgabe als Ultraschallsignal durch to
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 sich 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 jedem der Wandler 7, T ist ein automatischer
Schaltkreis B, B'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 Parallelschaltung zum Wandler 7, T. Der Schaltkreis B, ß'Ieitet
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 Schaltdiode 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 blockiert 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 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 Signals unabhängig von den Eigenschaften des Transistors. Darüber hinaus
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 zwei Dioden verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Regelschaltung für einen oder mehrere piezoelektrische Ultraschallwandler mit periodischer
Arbeitsweise zur Abgabe und zum Empfang 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 Impulssignal 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 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 (7, T) verbindet, eine
Zenerdiode (5) in der gemeinsamen Leitung, durch welche ein Stromfluß von der Drosselspule (3) zu
dem bzw. jedem Wandler (7, 7') verhindert wird, wenn der Transistor (1) nichtleitend ist, wobei
zwischen dem bzw. jedem Wandler (7, 7') eine Entkopplungsdiode (6, 6r) und der gemeinsamen
Leitung (4) geschaltet ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (10, 10') in Reihenschaltung
mit den Schaltdioden (12, 12') zusammen mit jeweiligen weiteren Widerständen (11, 11')
Spannungsteiler je in Parallelschaltung mit dem bzw. einem jeweiligen Wandler (7, T) 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, eine
Verstärkerschaltung zu schützen, der das von dem bzw. jedem zugeordneten piezoelektrischen Wandler
(7, 7') 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
dient, die negativen Halbwellen zu blockieren, die unmittelbar nach dem Sendeimpuls erzeugt werden.
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