DE2931602A1

DE2931602A1 - Erregerkreis fuer einen ultraschall- zerstaeuber

Info

Publication number: DE2931602A1
Application number: DE19792931602
Authority: DE
Inventors: Minoru Takahashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1980-02-14
Also published as: US4359697A; JPS5525115U; JPS613503Y2; DE2931602C2

Description

Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber

Die Rrfinduiig bezieht sich auf den Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber, bestehend aus einem Oszillator, der einen Ultraschallwellen abgebenden piezoelektrischen Vibrator erregt.

Bei Ultraschall-Zerstäubern wird gewöhnlich ein piezoelektrischer Vibrator von einem Erregerkreis erregt, der aus einem Transistoroszillator besteht. Die von dem piezoelektrischen Vibrator erzeugten Ultraschallwellen zerstäuben Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser. Als Oszillatorkreise kommen die verschiedenartigsten Schaltungen in Betracht. Wenn die Ausgangsleistung des Oszillators einstellbar sein soll, um die Zerstäubung zu beeinflussen, ist der Oszillatorkreis zumeist mit einem Widerstand versehen, der in Reihe mit dem Vorwiderstand geschaltet ist, mit dessen Hilfe der Vorstrom des Transistors verändert wird. Da für den Oszillatortransistor jedoch häufig ein großer Basisstrom erforderlich ist und als Vorwiderstandswerte solche im Bereich von 1.000 bis 3.000 0hm in Betracht kommen, müssen die Vorwiderstände für eine Leistung von ungefähr 2 Watt dimensioniert sein. Einstellbare Widerstände dieser Leistungs- und Größenklasse gehören jedoch nicht zu den billigen Bauelementen.

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erregerkreis der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Ausgangsleistung einstellbar ist, ohne daß dazu ein Einstellwiderstand der vorgenannten Leistungsklasse erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Gemäß der Erfindung wird die Leistungseinstellung über eine Einstellung in einem Rückkopplungs zweig vorgenommen. Diese Einstellung des Oszillators erfolgt sehr viel leistungsärmer als beim Stand der Technik. Sie ist daher mit billigen Bauelementen durchführbar.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 verschiedene Stromverlaufskurven im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 3 bis 5 weitere Ausführungsformen der Erfindung.

In den Schaltbildern nach den Fig. 1 und 3 bis 5 erkennt man einen Gleichrichter 1, Kondensatoren 2, 6, 7, 10 und 33, einen Transistor 3, Spulen 4 und 5, einen piezoelektrischen Oszillator 8, Widerstände 9, 31 und 32, einen Transformator 20 und eine Diode 30.

Gemäß Fig. 1 wird eine Wechselversorgungsspannung, die an Klemmen A und B ansteht, vom Gleichrichter 1 gleichgerichtet und dann durch einen Siebkondensator 2 geglättet, der zwischen die Ausgangs leitungen P und N des Gleichrichters 1 geschaltet ist. An diese Leitungen P und N sind der Kollektor und der Emitter eines Transistors 3 angeschaltet, und zwar jeweils über eine Spule 4 bzw. 5. Die Spule 4 wird durch einen Kondensator 6, der zwischen Kollektor und negativer Gleichspannungsleitung N geschaltet ist, zu einem Parallelresonanzkreis ergänzt. Zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 3 ist über einen Gleichspannungs-Impedanzkondensator ein piezoelektrischer Vibrator 8 eingeschaltet. Zwischen die Basis des

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Transistors 3 und die positive Gleichspannungsleitung P bzw. die negative Gleichspannungsleitung N sind ein Vorwiderstand

9 bzw. ein Kondensator 10 geschaltet. Die soweit beschriebene Schaltung bildet einen üblichen Colpitts-Oszillator, der
üblicherweise in der Lage ist, eine Schwingung mit einigen

10 Watt Leistung abzugeben. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Reihenschaltung aus einer Diode 30 und Widerständen 31 und 32 zwischen die Basis des Transistors 3 und die
negative Gleichspannungsleitung N geschaltet und ist eine
Serienschaltung aus einem Kondensator 33 und einem Widerstand 34 zwischen die Verbindung des piezoelektrischen Vibrators 8 mit dem Kondensator 7 und die Verbindung des Widerstandes 31 mit dem Widerstand 3 2 geschaltet, so daß ein positiver Rückkopplungskreis gebildet wird. Mögliche Werte für die Schaltelemente sind:

Widerstand 9: 6,8 bis 15 kß (1/2 W)

Kondensator 33: 150 bis 220 pF

Widerstand 34: 2OOl2 (1/4 W)

Widerstände 31 und 32: je 500-Ω. (1/4 W)

Spule 4: 20 bis 3OuH

Spule 5: 0,5 bis 2 u H

Kondensator 2: 0,1 bis 1OuF

Kondensator 6: 1.500 bis 2.000 pF

Kondensator 7: 15.000 bis 20.000 pF

Kondensator 10: 3.000 bis 5.000 pF

Eigenfrequenz des Vibrators: 1,65 MHz

Durchmesser des Vibrators: 20 mm

Der Kondensator 7 kann gegebenenfalls entfallen.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 schwankt die Basisspannung des Transistors 3 zwischen positiven und negativen Werten hin und her, was eine ständige Ladung und Entladung des Kondensators 10 bewirkt. Die Hochfrequenzspannung, die an den Anschlüssen des piezoelektrischen Vibrators 8 erzeugt wird, ruft einen

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Strom I₁ hervor, dessen Verlauf in Fig. 2 (A) dargestellt ist. Dieser Strom fließt durch die Serienschaltung von Kondensator 33 und Widerstand 34. Wenn die Basisspannung des Transistors 3 negativ ist, wie es Fig. 1 zeigt, dann entlädt sich der Kondensator 10 über die Widerstände 31 und 32 und die Diode 30, welch letztere den Entladungsstrom von der Leitung N zur Basis leitet, um diese negativ zu machen und dadurch die Basis noch weiter auf die negative Seite vorzuspannen. In diesem Moment wird die Richtung der Hochfrequenzspannung, die an den Anschlüssen des Vibrators 8 hervorgerufen wird, an dem mit dem Kondensator 33 verbundenen Anschluß positiv. Dementsprechend weist der Strom I₁ die Richtung auf, die durch den Pfeil in Fig. 1 dargestellt ist und erzeugt im Widerstand 31 einen Strom I_, der in Fig. 2 (B) dargestellt ist und sich dem Entladungsstrom des Kondensators überlagert und die Basis des Transistors 3 weiter vorspannt. Fig. 2 (C) zeigt den Entladungsstrom I_ des Kondensators 33, der durch den Widerstand 32 fließt. Wenn andererseits die Basis des Transistors 3 positiv vorgespannt ist, dann liegt an der Diode 30 eine Sperrspannung und es findet keine positive Rückkopplung statt.

Im Schaltkreis nach Fig. 1 wird ein Teil der dem piezoelektrischen Vibrator 8 zugeführten Hochfrequenzenergie durch den Rückkopplungskreis zur Basis des Transistors rückgeführt, um deren Potential mehr zur negativen Seite hin zu bringen, und zwar nur dann, wenn die Basis bereits negativ ist. Hierdurch wird die Erregerenergie gesteigert. Dementsprechend ist ein vergleichsweise geringer Strom ausreichend, um die Basis des Transistors 3 über den Vorwiderstand 9 anzusteuern, weil der Rückkopplungskreis zusätzlichen Steuerstrom herbeiführt. Die Größe und die Leistung des Vorwiderstandes 9 kann daher auf 6,8 bis 15 kfi bzw. 0,5 W reduziert werden. Dem Vorwiderstand 9 kann daher ein billiger, handelsüblicher Einstellwiderstand vorgeschaltet iverden, um die Ausgangsleistung des Zerstäubers zu beeinflussen. Ebenso kann man auch durch Veränderung einer der Widerstände 31,

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32 und 34 die Ausgangsleistung des Zerstäubers verändern.

Im Colpitts-Oszillator nach Fig. 3 ist der piezoelektrische Vibrator 8 zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 3 über einen Transformator 20 angeschaltet. Die übrigen Teile des Schaltkreises sind identisch jenen, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 bereits erläutert wurden. Das Beispiel nach Fig. 3 weist den Vorteil auf, daß der Wirkungsgrad des Oszillatorkreises verbessert ist und daß mehrere Verregerkreise von derselben einzigen Spannungsquelle versorgt werden können, weil der Vibrator 8 gleichspannungsmäßig getrennt geschaltet ist und eine Impedanzanpassung möglich ist.

Bei dem Oszillatorkreis nach Fig. 4 ist der Kollektor des Transistors hochfrequenzmäßig kalt und der Kollektor des Transistors 3 ist direkt mit der positiven Versorgungsleitung P verbunden. Der Emitter ist über Spulen 4 und 5 mit der negativen Versorgungsleitung N verbunden. Der piezoelektrische Vibrator 8 ist über einen Gleichspannungs-Impedanzkondensator zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 3 geschaltet. Ebenso wie beim Beispiel nach Fig. 1 ist ein Vorwiderstand 9 und sind Kondensatoren 6 und 10 vorgesehen. Der Impedanzkondensator 7 kann auch fortgelassen werden. Dieser Schaltkreis, der ebenfalls das positive Rückkopplungsnetzwerk aus den Schaltelementen 30 bis 34 aufweist, erlaubt es, den Kollektor des Transistors 3 sowohl gleichspannungsmäßig als auch wechselspannungsmäßig zu erden, wodurch sich die Abstrahlung von Störspannungen aus dem Schaltkreis verringern läßt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Kollektor des Oszillatortransistors wiederum geerdet. Der piezoelektrische Vibrator 8 ist über einen Transformator 20 zwischen Kollektor und Basis des Transistors 3 geschaltet. Der übrige Schaltkreis, einschließlich des Rückkopplungsnetzwerkes, entspricht dem

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Schaltkreis nach Fig. 4. Bei diesem Schaltkreis ist der Kondensator 33 des Rückkopplungsnetzwerkes mit dem positiven Anschluß des Transformators 20 verbunden.

In den Schaltkreisen nach den Fig. 4 und 5 kann alternativ die
Serienschaltung aus dem Kondensator 33 und dem Widerstand 34
auch zwischen die Verbindung des Widerstandes 31 mit dem Widerstand 32 und die negative Versorgungsleitung N geschaltet werden, da die positive Versorgungsleitung P und die negative Versorgungsleitung N hochfrequenzmäßig durch den Siebkondensator 2 kurzgeschlossen sind.

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Claims

PATENTANWÄLTE

9 Q *} 1 R Π 5

D 8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49 D-I BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68

TDK ELECTRONICS CO., LTD., berlin: dipl-ινθ. r. müller-börner

103 (Japan) MÜNCHEN: DIPL.-INQ. HANS-HEINRICH WEV

DIPL.-ING. EKKEHARD KÖRNER

30 721 Ansprüche

Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber, bestehend aus einem Oszillator, der einen Ultraschallwellen abgebenden piezoelektrischen Vibrator erregt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mitkopplungskreis (31-34) vorgesehen ist, der einen Teil des dem Vibrator (8) zugeführten Hochfrequenzsignals zur Steuerelektrode eines Steuerelements (3) im Oszillator zurückführt.
2. Erregerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis aus einem RC-Netzwerk (31-34) besteht, das an den Vibrator (8) angeschlossen ist und ein Hochfrequenzsignal erzeugt, das dem dem Vibrator (8) zugeführten Signal entspricht.
3. Erregerkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (30) zwischen das RC-Netzwerk (31-34) und der Steuerelektrode eingeschaltet ist.

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MÜNCHEN: TELEFON (O89i 225585 BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88

KABEL: PROPINDUS · TELEX O5 24244 KABEL: PROPINDUS -TELEX OI 84OS7
4. Erregerkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerlement ein Transistor (3) ist.
5. Erregerkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode die Basis des Transistors (3) ist.
6. Erregerkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (30) so gepolt ist, daß sie die Vorsprannung der Basis im negativen Sinne vergrößert.
7. Erregerkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator (8) an Basis und Emitter des Transistors (3) angeschlossen ist.
8. Erregerkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator (8) über einen Transformator (20) an Basis
und Emitter des Transistors (3) angeschlossen ist.

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