DE2935843A1

DE2935843A1 - Schaltungsanordnung fuer schallwandler

Info

Publication number: DE2935843A1
Application number: DE19792935843
Authority: DE
Inventors: Robert L Garrison; James C Morris
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1978-09-06
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1980-03-20
Also published as: FR2435762B3; IT7925492A0; GB2031204B; US4170769A; BE878598A; IT1122980B; JPS5537696A; CA1122692A; NL7906636A; JPS6019839B2; FR2435762A1; GB2031204A

Description

PATENTANWALTS 293

DR. CLAUS REINLANDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstroße 1? ■ D-8000 München 60 ■ Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

S6 P176 D

GTE Sylvania Inc., Wilmington, Delaware, USA Schaltungsanordnung für Schallwandler Priorität: 6. Sept. 1978 - USA - Ser. No. 940 061 Zusammenfassung

Es wird eine Einbruchalarmschaltung mit einem einzigen elektroakustischen Wandler beschrieben, beispielsweise einem membrangestutzten piezoelektrischen Element, der in einer positiven Rückkopplungsschaltung mit einem Verstärker verbunden ist. Der Wandler wirkt sowohl als Schallaufnehmer als auch als Schallerzeuger. Wenn der Umgebungsschal!pegel einen vorgewählten SchwelIwertpegel übersteigt, erzeugt die resultierende Vibration des Wandlers eine Spannung, die den Verstärker aktiviert, woraufhin die Wandler Vibrationen aufrechterhalten und in der Art eines Oszillators verstärkt werden, so daß ein hörbarer Alarm erzeugt wird.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Wandler und insbesondere Tonwandlerschaltungen, die besonders in Einbruchalarmanlagen brauchbar sind.

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Einbruchalarmanlagen verwenden Einrichtungen unterschiedlicher Art, beispielsweise Auslösemechanismen, elektromagnetische Felder und Ultraschall-Erzeuger und -Empfänger, mit denen ein Eindringen in einen bestimmten Bereich detektiert wird und irgendeine Form eines Alarmsignals ausgelöst wird. In einigen Anlagen kann das Alarmsignal erster Ordnung aus einem Lichtblitz oder einem Impulscode auf einem Radiosignal bestehen, während bei anderen Anlagen der Alarm erster Ordnung aus einer Schallwelle bestehen kann, beispielsweise einer Sirene, einer Pfeife oder einem Knall. In älteren US-Anmeldungen, die auf die Anmelderin übertragen sind, wird eine Blitzlampenanlage beschrieben, mit der intensive hörbare und sichtbare Signale hervorgerufen werden, wenn die Anlage durch ein Eindringen ausgelöst ist. In Anordnung werden durch Schlag gezündete Blitzlampen verwendet, die in Verbindung mit zugehörigen pyrotechnischen Einrichtungen arbeiten, die in der Nähe des transparenten Gehäuses der Blitzlampeneinheit angeordnet sind. Jede pyrotechnische Einrichtung liefert ein hörbares Signal (einen Knall) aufgrund von Energie, die von einer zugehörigen Blitzlampe erhalten wird, wenn die Lampe gezündet wird.

Die Tonwandlerschaltung nach der Erfindung ist besonders nützlich zur Schaffung eines oder mehrerer Alarmzeichen zweiter Ordnung zur Erzielung einer längeren Alarmdauer oder Variationsmöglichkeit als ein wahlfreies, hinzuzufügendes Merkmal zur Ergänzung der erwähnten Einrichtungen zur Erzeugung von Schall erster Ordnung. Spezielle Vorteile gewisser der oben erwähnten Alarmeinrichtungen erster Ordnung sind geringe Kosten, einfache Struktur und Kompaktheit. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine billige, kompakte Tonwandlerschaltung verfügbar zu machen, die mit den erwähnten schal!erzeugenden Einrichtungen erster Ordnung in einer Einbruchalarmanlage kompatibel ist. Die Schaltung soll auch an Batteriebetrieb adaptiert werden, wenn das gewünscht ist. Weiter soll in Anwendungsfällen wie den erwähnten pyrotechnischen Elementen, die durch Blitzlampen betätigt werden, die Wandlerschaltung in der Weise wirken, daß ein länger andauernder Alarm als Antwort auf

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einen Schall impuls vergleichsweise kurzer Dauer erzeugt wird. Zusammenfassung der Erfindung

Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale werden entsprechend den Prinzipien der Erfindung durch eine Schaltungsanordnung erreicht, die aus einem elektroakustisch^ Wandler und einem Schaltverstärker besteht, der mit einer Gleichstromquelle gekuppelt ist, wobei die Spannungsausgangsklemmen des Wandlers durch einen Rückkopplungsweg mit dem Verstärkereingang verbunden sind und der Verstärkerausgang mit den Treibklemmen des Wandlers verbunden ist. Der Schaltverstärker ist so vorgespannt, daß er normalerweise nicht leitet. Eine Aktivierung des Wandlers durch Schall oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertpegels verursacht, daß eine Spannung ausreichender Größe an den Verstärker gelegt wird, um die daran liegende Vorspannung zu überwinden und den Verstärker leitend zu machen. Der resultierende Verstärkerausgang sorgt dafür, daß der Wandler in Vibration getrieben wird, und die Schaltung arbeitet weiterhin als schwellwert-getriggerter Oszillator, der eine andauernde Erzeugung eines hörbaren Alarm liefert, der nur dadurch beendet werden kann, daß die Quellenleistung weggenommen wird.

Die Schaltung verwendet eine einzige Einrichtung, den elektroakustischen Wandler, sowohl als Schall detektor als auch als schallerzeugendes Element. Eine Einrichtung, die besonders als Wandler brauchbar ist,ist ein von einer Membran getragenes piezoelektrisches Element, wenn auch andere Wandler, beispielsweise elektrostatische und elektromagnetische, ebenfalls verwendet werden können. Der Wandler wird mechanisch so gehalten, daß er frei ist, zu schwingen, sobald er durch Störschall oder andere Störungen in Bewegung versetzt worden ist. Der Wandler-Verstärker bleibt normalerweise in einem Ruhezustand. Wenn der Wandler durch eine vorgegebene Störungsgröße oder eine direkte mechanische Störung aus seiner Ruhelage ausgelenkt ist, bringt er das ganze System, d. h. den Verstärker und den Wandler in eine andauernde Schwingung, so daß ein Alarmsignal erzeugt wird. Um weiter den akustischen Ausgang vom Wandler

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zu erhöhen, kann er in einen Helmholtz-Resonator montiert sein.

Erfindungsgemäß werden eine Vielzahl von Schaltungsausführungen in Betracht gezogen, einschließlich der Verwendung von piezoelektrischen Elementen mit zwei oder mit drei Klemmen, und Schaltungsanordnungen, die den Antrieb erhöhen und den Energieverbrauch herabsetzen. Die Schaltung kann auch mit einem gesteuerten Wechselstromschalter gekoppelt sein, beispielsweise einem Triac, der so angeordnet ist, daß er einen Wechselstromauslaß aktiviert, wenn die Oszillator-Al armschaltung aktiviert wird, so daß andere Einrichtungsstücke getrieben werden, beispielsweise lautere Alarme, Fernsehempfänger, Lampen oder Radiosender, mit denen Information Über das Eindringen in andere Bereiche Übertragen wird.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Figur 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer Tonwandlerschaltung nach der Erfindung, bei der ein piezoelektrisches Element mit drei Anschlüssen verwendet wird;

Fig. 2a, b, und c vereinfachte Diagramme zur Illustration von

drei unterschiedlichen Positionen eines von einer Membran getragenen piezoelektrischen Elementes während dessen Schwingung, wenn es in einem Helmholtz-Resonator montiert ist;

Figur 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein piezoelektrisches Element mit zwei Anschlüssen verwendet wird; und

Figur 4 eine drite Ausführungsform einer Wandlerschaltung nach der Erfindung, die so modifiziert ist, daß ein erhöhter Antrieb mit reduziertem Stromverbrauch erhalten wird.

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In Figur 1 ist eine erste Aus führungsform einer Schaltung nach der Erfindung dargestellt, bei der das Wand1 erelement 10 ein Gerät »it drei Anschlüssen ist. Wie oben besprochen, ist die Schaltung zur Anwendung als Sieherneitsa!arm vorgesehen und besteht aus einen Schallaufnahme- und sende-Gerät (dem Wandler) plus einen Wechselstromschalter. Das Gerät wird in einen·zu schützenden Bereich plaziert und das Geräusch eines Eindringens aktiviert den Alarm und Schalter.

Eine besonders nützliche Einrichtung für den elektroakustischen Wandler 10 ist ein von einer Membran abgestutztes piezoelektrisches Element, wie es in der US-PS 38 15 129 beschrieben ist. Ein solcher Wandler weist ein piezoelektrisches Element 12 auf, das in geeigneter Weise an eine Metallscheibe 14 gebondet ist, die als Membran dient. Das piezoelektrische Element weist einen piezoelektrischen Kristall in Form einer Scheibe sowie Anschlüsse 1, 2 und 3 auf, die als Elektroden dienen und aus dünnen Platten oder Schichten aus elektrisch leitendem Material bestehen, beispielsweise Silber, die auf die Seiten des Kristalls aufgebracht sind. Ein geeignetes Material für den piezoelektrischen Kristall ist beispielsweise eine Blei-Zirkon-Titan-Zusammensetzung. Die Metallscheibe, die als Membran für den Wandler dient, kann aus einem Metall wie Messing hergestellt sein.

In Figur 1 ist der Wandler in Kombination mit einem Schaltverstärker dargestellt, der mit einer Gleichstromquelle 16 mit Strom versorgt wird. Wenn auch die Gleichstromversorgung 16 aus einer Batterie bestehen kann, so ist sie jedoch im vorliegenden Fall als aus einer Gleichrichterschaltung bestehend dargestellt, die von einer Wechselstromquelle gespeist wird, die durch Klemmen 18 und 20 repräsentiert ist. Die Wechselstromklemme stellt nicht nur eine Stromquelle für die Gleichrichterschaltung 16 dar, sondern ist auch mit einem Wechselstromauslaß 22 verbunden. Genauer gesagt, der Wechsel Stromanschluß ist direkt mit einer Seite einer Wechselstromsteckdose 22 verbunden,

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während Wechselstromklemme 20 über eine kontrollierte Schalteinrichtung, beispielsweise einen Triac 24 mit der anderen Seite des Wechselstromauslasses Verbundes ist.

Die Gleichrichterschaltung 16 besteht aus einem Reihenwiderstand 26 und einer Diode 28, die an eine positive Anschlußverbindung mit einem parallel! liegenden Filterkondensator 30 und einer Zener-Diode 32 verbunden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen 125 Volt Wechselstrom an den Klemmen 18 und 20, und die Zener-Diode 32 ist so ausgewählt, daß die Spannung der Wechselstromversorgung auf etwa 30 Volt reguliert wird. Das erlaubt eine präzisere und reproduzierbare Einstellung des Pegels des Geräusches oder der mechanischen Störung, der dazu benötigt wird, den Alarm einzuleiten. Die positive und negative Klemme der Gleichstromversorgung 16 sind mit Anschlüssen 34 bzw. 36 repräsentiert.

Die Oszillatorschaltung weist einen ersten Schaltverstärker auf, der aus einem Transistor 38 besteht, dessen Kollektor und Emitter in Reihe mit einem Spannungsteiler aus Widerständen 40 und 42 über den Gleichstromklemmen 34 und 36 liegen, über die Gleichstromanschlüsse ist auch eine Schaltungskombination geschaltet, die aus einem zweiten Schaltverstärker besteht, der seinerseits aus einem Transistor 44 besteht, dessen Basis mit der Verbindung der beiden Widerstände 40 und 42 verbunden ist, dessen Emitter mit Gleichstromanschluß 34 verbunden ist und dessen Kollektor über einen Spannungsteiler aus Widerständen 46, 48 und 50 mit der Gleichstromklemme 36 verbunden ist. Die Verbindung der Widerstände 46 und 48 ist mit dem Treibanschluß 3 des Wandlers verbunden, während die Spannungsausgangsklemmen 1 und 2 des Wandlers 10 in einem positiven Rückkopplungsweg mit dem Eingang des ersten Schaltverstärker*verbunden sind, dem Transistor 38. Genauer gesagt, die Klemme 2 ist mit der Bezugsleitung von der Gleichstromklemme 36 verbunden und der Wandleranschluß 1 ist über einen Widerstand 52 mit der Basis des Transistors 38 verbunden.

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Der erste Schaltverstärker, Transistor 38, ist so vorgespannt, daß er normalerweise nicht leitet, und zwar über eine Schaltung mit Widerständen 54 und 56, die in Reihe über den Gleichstromklemmen 34 und 36 liegen, und einem Widerstand 58, der in Reihe zwischen der Basis des Transistors 38 und dem Widerstand 56 liegt. Wenn der Transistor 38 sich im nicht leitenden Zustand befindet, ist der Transistor 44 ebenfalls in den nicht leitenden Zustand vorgespannt. Der Widerstand 56 kann einen festen Wert haben oder, wie dargestellt, aus einem Potentiometer bestehen, in diesem Falle ist der Widerstand 58 mit dem Abgriff des Potentiometers 56 verbunden. Die Basis-Vorspannungsschaltung des ersten Verstärkers wird von einer Diode 60 vervollständigt, die in der dargestellten Weise über Basis und Emitter des Transistors 38 Hegt. Die Diode 60 dient zwei Zwecken: (1) das Lecken oder die Entladung der Spannung zwischen den Anschlüssen 1 und 2 des Wandlers wird unterstützt; und (2) die Möglichkeit wird reduziert, daß Durchbruchsspannungen die Basis-Emitter-Sperrschicht des Transistors 38 erreichen. Wie noch später erläutert wird, 1st die Vorspannung am Transistor 38, die nach Wunsch durch das Potentiometer 56 eingestellt werden kann, das Mittel, mit der der vorgegebene Schwellwertpegel der Schaltung ausgewählt wird. Ein Detektieren von Schall oberhalb dieses vorbestimmten Schwellwertpegels triggert die Schaltung in Schwingung.

Widerstände 48 und 50 sind so gewählt, daß sie in Kombination mit der Kapazität des piezoelektrischen Elementes 12 eine solche Zeitkonstante haben, daß es den Spannungen, die über den Klemmen 2 und 3 entstehen, möglich ist, sich während der Ausschaltzeit der Transistoren 38 und zu entladen, so daß der Wandler sich selbst in seine ursprüngliche Position zurückführen kann und noch über diese hinaus in die umgekehrte Position weiterlaufen kann, wie noch erläutert wird. Der Koppelwiderstand 52 ist so gewählt, daß unerwünschte Schwingungen bei anderen Frequenzen als der Grundfrequenz des piezoelektrischen Kristalls unterdrückt werden. Ein Kondensator 62 ist über den Wider-

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stand 42 geschaltet und damit über die Basis-Emitter-Sperrschicht des Transistors 44, um das Frequenzverhalten des Transistors 44 zu reduzieren, so daß dieser zweite Schaltverstärker nicht so leicht auf Netz-Einschwingvorgänge und Hochfrequenzsignale anspricht, als das der Fall wäre, wenn der Kondensator nicht vorgesehen wäre.

Die Oszillatorschaltung sorgt für eine Steuerung des Wechselstromschalters 24 mittels einer Verbindung zwischen der Verbindung der Widerstände 48 und 50 und dem Steuer-Gate des Triac 24.

Das von einer Membran abgestützte piezoelektrische Element, das den Wandler IO bildet, wird mechanisch so gehalten, daß es frei ist, zu schwingen, wenn es einmal durch ein Geräusch oder eine andere Störung in Bewegung gebracht worden ist. Wie beschrieben, ist das piezoelektrische Element elektrisch mit der Schaltverstärkeranordnung in Form einer positiven Rückkopplungsschleife verbunden. Wenn das Element aus seiner Ruhelage durch eine vorgegebene Stärke eines Geräusches oder einer direkt mechanischen Störung gebracht worden ist, bringt es das System, das heißt den Verstärker und das piezoelektrische Element, in eine andauernde Schwingung, so daß ein Alarmsignal erzeugt wird. Die Einrichtung kann nur dadurch abgeschaltet werden, daß Energie von den Klemmen 34 und 36 oder den Klemmen 18 und 20 weggenommen wird.

In den Schemata 2a, b und c ist der Wandler 10, der aus dem piezoelektrischen Element 12 besteht, das auf einer flexiblen Metallscheibe 14 abgestützt ist, die als Membran dient, in drei unterschiedlichen Positionen seiner Bewegung während der Schwingung der Schaltung nach ι der Erfindung dargestellt. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Wandler 10 in einem Helmholtz-Resonator 64 montiert, der den akustischen Ausgang vom Wandler verbessert. Eine Wandlereinheit aus einem piezoelektrischen Element, das in eine akustische Helmholtz-Resonanzkammer montiert ist, ist beispielsweise in der US-PS 40 42 845 beschrieben.

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In Betrieb wird ein Geräusch durch ein Eindringen oder einen Einbruch vom piezoelektrischen Element 12 detektiert, so daß der Wandler 10 in Bewegung gesetzt wird. Diese Bewegung erzeugt eine Spannung an den Kiemen 1 und 2. Die Spannung von den Kieamen 1 und 2 wird über die Basis-Emitter-Sperrschicht des Transistors 38 gelegt. Wenn sie ausreichende Größe hat, um die Schwellwertvorspannung aa Widerstand 38 zu überwinden, bewirkt die Wandlerausgangsspannung, daß der Transistor 38 eingeschaltet wird, im ihn leitend zu Machen. Wenn also der Transistor 38 in einen leitenden Zustand geschaltet wird, funktioniert die resultierende Spannung, die von den Teilerwiderständen 42 und 40 an der Basis des Transistors 44 zur Verfügung gestellt wird, in der Weise, daß dieser zweite Verstärker in einen leitenden Zustand gebracht wird. Wenn der Transistor 44 eingeschaltet ist, wird die Spannung von der Gleichstromversorgung 16 über den Widerstandsteiler 46-50 gelegt, der seinerseits eine Spannung über die Wandlertreibanschllisse 3 und 2 liegt. Diese Treibspannung verstärkt die Bewegung des Wandlers, der ursprünglich mit dem Einbruchsgeräusch gestartet wurde. Während also die normale Ruheposition des Wandlers 10 so ist, wie in Figur 2b dargestellt, ist die geräuschinduzierte verstärkte Position des Wandlers nunmehr wie, sagen wir in Figur 2a dargestellt. Die Treibspannung von der Verstärkerschaltung zwingt die Ablenkung des Wandlers in eine Position, die die mechanischen Federkräfte der Metal Ischeibe mit den piezoelektrischen Kräften ausgleicht, die von der Stromversorgung auf den Wandler ausgeübt werden. Es ist auch möglich, wegen der Trägheit der Metal Ischeibe 14, daß die Bewegung des Wandlers über diese Ausgleichskraft hinaus geführt wird. In der Zwischenzeit wird die Spannung, die zunächst über den Klemmen und 2 des Wandlers auftrat, durch Lecks über die Basis-Emitter-Sperrschicht des Transistors 38 und der Diode 60 reduziert. Wenn diese Spannung ausreichend tief abfällt, wird der Transistor abgeschaltet und damit der Transistor 44. Die über den Klemmen

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und 3 des Wandlers verbleibende Ladung, die während des Treibteils des Zyklus geliefert wurde, entlädt sich nunmehr über Widerstände 48 und 50. Der Wandler entspannt sich mechanisch von seiner maximal getriebenen Auslenkung, vergleiche Figur 2a, und kehrt in die neutrale Position, vergleiche Figur 2b, zurück und wird durch Trägheit in eine umgekehrte Auslenkung getragen, vergleiche Figur 2c. Diese letztere Bewegung erzeugt eine Spannung an den verschiedenen Klenmen des Wandlers, die umgekehrt zu der ursprünglich getriebenen Bedingung ist. Diese Spannung spannt den Transistor 38 weiter in Sperrichtung vor. Der Wandler lenkt nunmehr aus, bis die kinetische Energie des mechanischen Systems in potentielle Energie umgewandelt ist, und zu diesem Zeitpunkt stoppt er seine Schwingung und startet zurück in die umgekehrte Position, wobei er durch den neutralen Punkt geht und den Zyklus beendet. Bei der Rückkehr in seine ursprüngliche Position hat die Spannung, die über den Klemmen 1 und 2 entwickelt, jetzt die korrekte Polarität und Größe, um den Transistor 38 und den Transistor 44 einzuschalten, so daß der Wandler wieder weiter angetrieben wird, so daß ein voller Zyklus vervollständigt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schwingungsfrequenz für einen hörbaren Alarm in der Nachbarschaft von 2 bis 3 kHz. Die Schaltung kann jedoch auch so ausgelegt werden, daß die Schwingungen UltraschalIfrequenzen oberhalb des normalen menschlichen Hörbereichs sind, um Informationen an andere Auffangeinrichtungen zu übertragen. Wenn andererseits der Ausgang sich im Hörbereich befindet, dient die Einrichtung bereits selbst als Alarm. Wie bereits erwähnt worden ist, kann zur weiteren Erhöhung des akustischen Ausgangs vom Wandler ein Helmholtz-Resonator mit dem Gerät gekoppelt sein.

Zusätzlich zum Aktivieren des Wandleralarms wird die während des leitenden Zustandes des Transistors 44 über den Widerstand 50 entstehende Spannung an das Steuergate des Triac 24 gelegt. Die Spannungsimpulse von dieser Verbindung zum Gate des Triac sind ausreichend, um

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das Triac in einen leitenden Zustand zu schalten, so daß die Wechsel stromquelle 18, 20 leitend mit der Ausgangsdose 22 verbunden ist. Dieser Wechsel Stromauslaß 22, der vom Schalter 24 gesteuert wird, kann dann dazu verwendet werden, andere Geräte zu treiben, beispielsweise lautere Alarme, Fernsehempfänger, Lampen oder Radiosender, um Information über den Einbruch in andere Bereiche zu übertragen.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Wandlerschaltung nach der Erfindung, bei der ein Wandler 11 verwendet wird, der nicht über einen Rückkopplungsanschluß verfügt. Das heißt, das Gerät 11 verwendet ein piezoelektrisches Element 13 mit nur zwei Klemmen 4 bzw. 5, und das auf einen Membran 15 montiert ist. Alle Schaltungselemente in Figur 3, die mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind wie die entsprechenden Elemente in Figur 1, haben die gleichen Werte und Funktionen wie die entsprechenden Schaltungselemente nach Figur 1. Im Fall der Figur besteht jedoch der Spannungsteiler zwischen dem Kollektor des Transistors 44 und der negativen Klemme 36 aus Widerständen 66 und 68, deren Verbindungspunkt mit der Klemme 5 des Wandlers 11 verbunden ist. Die Wand!erklemme 5 ist auch über einen Wechselstromkoppelkondensator 70 mit der Basis des Transistors 38 ver-Lunden. Der Anschluß 4 des Wandlers ist mit der negativen Klemme 36 der Gleichstromversorgung verbunden. Bei dieser Anordnung werden die Spannungsimpulse vom vibrierenden Wandler über Widerstand so gekoppelt, daß der Transistor 38 eingeschaltet wird, der, wenn er leitet, auch dafür sorgt, daß der Transistor 44 in einen leitenden Zustand geschaltet wird. Die resultierende Spannung an dem Verbindungspunkt der Widerstände 66 und 68 wird dann an die Treibklemme 5 des Wandlers gelegt. Die Klemme 5 erfüllt also sowohl Treibais auch Ausgangs-Funktionen für den Wandler. Der Kondensator dient dazu, irgendwelchen Gleichstromfluß zwischen der Klemme 5 und der Basis des Transistors 38 zu blockieren.

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Die Spannungsimpulse Tür das Steuergate des Triac 24 werden von einer Reihenschaltung erhalten, die zwischen den Kollektor des Transistors 44 und der negativen Klemme 36 liegt und die aus einer Diode 72 besteht, mit der elektrische Störungen auf der Wechselstromleitung isoliert werden, einem Widerstand 74 und einen Widerstand 76. Das Steuergate des Schalters 24 ist mit der Verbindung der Widerstände 74 und 76 verbunden.

Figur 4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer Wandlerschaltung nach der Erfindung, die die Vorteile eines stärkeren Antriebs und eines geringeren Stromverbrauchs gegenüber den AusfUhrungsformen nach Figuren 1 und 3 hat. Die Schaltungsanordnung nach Figur 4 ist in etwa ähnlich der nach Figur 1 insoweit, als eine Gleichstromversorgung und eine Verstärkeranordnung in Verbindung mit einem Wandler 10 verwendet werden, der aus einem piezoelektrischen Element 12 mit drei Klemmen besteht, das auf eine Membran 14 montiert ist. In Figur 4 sind jedoch die Polaritäten umgekehrt und es wird eine Anordnung von zwei Transistoren zwischen dem ersten Schaltverstärker und dem Wandler verwendet. Während in Figur 1 der Transistor 38 vom Typ NPN war, ist der entsprechende Transistor 138 in Figur 4 vom Typ PNP, und während Transistor 44 in Figur 1 vom Typ PNP war, ist der entsprechende Transistor 144 in Figur 4 vom Typ NPN.

Gemäß Figur 4 sind die Anschlüsse 18 und 20 der Wechsel stromquelle mit einer Gleichstromversorgung 116 verbunden und über ein Triac 24, das mit Anschluß 20 verbunden ist, mit einem Wechsel Stromauslaß 22. Die Gleichstromversorgung besteht aus Widerstand 126, Diode 128, Filterkondensator 130 und Zener-Diode 132, die in der dargestellten Weise geschaltet sind. Entsprechend repräsentieren die Klemmen 134 und 136 den positiven bzw. negativen Ausgang der Gleichstromversorgung. Der Transsistor 138 liegt in Reihe mit Teilwiderständen 140 und 142 über dem Gleichstromausgang, und die Basis des Transistors 138 ist mit einer Vorspannungsschaltung verbunden, die Widerstände 154, 156 und 158 sowie eine Diode 160 aufweist, die in der dargestellten Weise geschaltet sind. Die Basis des Transistors 144 ist

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rait der Verbindung der Widerstände 140 und 142 verbunden. Die Klemme 1 des Wandlers 10 ist mit der positiven Gleichstroraklemme 134 verbunden, und die Wandler*lerarae 2 ist über einen Widerstand 152 wit der Basis des Transistors 138 verbunden. Der Widerstand 152 arbeitet in der gleichen Weise wie Widerstand 52 nach Figur 1, und die Geräuschaktivierung des Wandlers 10 liefert eine ausreichende Spannung, die, wenn sie an die Basis des Transistors 138 über Widerstand 152 gelegt wird, dafür sorgt, daß der Transistor 138 leitend wird. Die Leitung des Transistors 138 sorgt ihrerseits dafür, daß Transistor 144 in einen leitenden Zustand geschaltet wird. 0er Kondensator 162, der über die Emitter-Basis-Sperrschicht des Transistors 144 geschaltet ist, erfüllt die gleiche Funktion wie der Kondensator 62 nach Figur 1.

Im Fall der Figur 4 ist die übrige Schaltung wie folgt modifiziert. Der Emitter-Kollektor des Transistors 144 liegt in Reihe mit einer Diode 178, und der Emitter-Kollektor eines NPN-Transistors 180 liegt über der Gleichstromversorgung, wobei die Anode einer Diode 178 mit dem Emitter des Transistors 180 verbunden ist, und die Kathode dieser Diode mit dem Kollektor des Transistors 144 verbunden ist. Die Funktion der Diode 178 besteht also darin, den Transistor 180 in einem nicht leitenden Zustand (abgeschaltet) zu halten, wenn der Transistor 144 leitend (eingeschaltet) ist. Der Kollektor des Transistors 144 ist auch mit der Basis des Transistors 180 verbunden und über einen Widerstand 182 mit der positiven Gleichstromklemme 134. Diese Basis-Schaltungsanordnung des Transistors 180 gewährleistet, daß der Transistor leitend (eingeschaltet) bleibt, wenn der Transistor 144 nicht leitent (abgeschaltet) ist.

Der Emitter des Transistors 180 ist auch über einen Widerstand 184 mit der Klemme 3 des Wandlers 10 und über einen Widerstand 186 mit der negativen Gleichstromklemme 136 verbunden. Wenn der Ausgang des Wandlers dafür sorgt, daß der Transistor 138 eingeschaltet wird, so daß der Transistor 144 in den leitenden Zustand geschaltet wird,

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bleibt also im Betrieb der Transistor 180 abgeschaltet und eine Treibspannung wird Über Widerstand 184 an die Klemme 3 des Wandlers gelegt. Wenn die Richtung der Wandlerauslenkung umkehrt und damit bewirkt, daß die Transistoren 138 und 144 abgeschaltet werden, wird der Transistor 180 in einen leitenden Zustand geschaltet, so daß die gespeicherte Energie im piezoelektrischen Element des Wandlers 10 entladen wird. Diese schnelle Entladefunktion des alternierend leitenden Transistors 180 hat den Effekt, daß der Antrieb auf das Wandlerelement erhöht wird und der gesamte Stromverbrauch der Oszillatorschaltung reduziert wird.

Die Aktivierung des Steuergate des Triac 24 wird durch eine Reihen-Ausgangsanordnung aus Widerstand 188, Kondensator 190 und Widerstand 192 erhalten, die in dieser Reihenfolge zwischen dem Emitter des Transistors 180 und der positiven Gleichstromklemme 134 liegen. Die Steuergateelektrode des Schalters 24 ist mit der Verbindung des Widerstandes 192 mit dem Kondensator 190 verbunden. Der Zweck des Kondensators 190 besteht darin, die Gatterimpulse, die an das Triac 24 gelegt werden, wenn der Transistor 144 leitet, kurzzuschließen, so daß der Stromverbrauch weiter reduziert wird.

Wenn auch die beschriebenen Wandlerschaltungen unter Verwendung von Bauelementewerten ausgeführt werden können, die in Bereichen liegen, die für jeden speziellen Anwendungsfall geeignet sind, wie das dem Fachmann bekannt ist, so sind doch in der folgenden Tabelle Bauelementewerte und Typen für eine Wandlerschaltung (Figur 4) nach der Erfindung aufgelistet:

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Claims

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Patentansprüche

I₁)Schal1wandler-Schaltungsanordnung, die auf das Detektieren von Schall oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertpegels zur Erzeugung eines Alarms anspricht, bestehend aus einem elektroakustischer! Wandler mit einer Anzahl Anschlüssen und einer Gleichstromspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schaltverstärker mit der Gleichstromquelle gekoppelt ist und so vorgespannt ist, daß er normalerweise nicht leitet, die Spannungsausgangsklemmen des Wandlers mit dem Eingang des ersten Verstärkers gekoppelt sind, so daß eine Aktivierung des Wandlers durch Schall oberhalb des vorgegebenen Schwellwertpegels dafür sorgt, daß eine Spannung ausreichender Größe an den ersten Verstärker gelegt wird, um dessen Vorspannung zu überwinden und ihn leitend zu machen, wobei der Schwellwertpegel durch die gewählte Vorspannung des ersten Verstärkers bestimmt ist, und daß der Ausgang des ersten Schaltverstärkers mit den Treibklemmen des Wandlers verbunden ist, so daß die Schaltung einen schwellwertgetriggerten Oszillator bildet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wechsel Spannungsquelle, einen Wechselstromauslaß, einen gesteuerten Schalter, der zwischen der Wechsel Spannungsquelle und dem Wechsel Stromauslaß liegt und der eine Steuerklemme aufweist, mit der der Schalter aufgrund eines an ihn angelegten Spannungssignals leitend wird, und dadurch, daß der Ausgang des ersten Verstärkers mit der Steuerklemme des Schalters verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle aus einem Gleichrichter besteht, der mit der Wechsel stromquelle gekoppelt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltverstärker mit den Wandlerklemmen über einen zweiten Schaltverstärker und einen ersten Spannungsteiler verbunden ist, der über die Gleichstromquelle geschaltet ist, wobei der Ausgang des ersten Verstärkers mit dem Eingang des zweiten Verstärkers gekoppelt ist, der zweite Verstärker in den nicht leitenden Zustand vorgespannt ist, wenn der erste Verstärker nicht leitend ist, und leitend wird, wenn der erste Verstärker leitet, und daß der Spannungsteiler mit den Treibklemmen des Wandlers gekoppelt ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem von einer Membran gestützten piezoelektrischen Element besteht, das mehrere Klemmen hat, die beiden Schaltverstärker aus einem ersten bzw. zweiten Transistor bestehen, die jede eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter aufweisen, die Gleichstromquelle zwei Klemmen hat, ein zweiter Spannungsteiler und der Kollektor-Emitter des ersten Transistors in dieser Reihenfolge in Reihe über den beiden Klemmen der Gleichstromquelle liegen, die Basis des zweiten Transistors mit dem zweiten Teiler verbunden ist, der Emitter-Kollektor des zweiten Transistors und der erste Teiler in dieser Reihenfolge in Reihe über den beiden Klemmen der Gleichstromquelle liegen und der Wandlerausgang mit dem Eingang des ersten Verstärkers über Einrichtungen gekoppelt ist, die zwischen einer Klemme des Wandlers und der Basis des ersten Transistors liegen.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung für den ersten Transistorverstärker mittels eines Potentiometers einstellbar ist, das über die Klemmen der Gleichstromquelle gekoppelt ist und einen variablen Abgriff hat, der mit der Basis des ersten Transistors gekoppelt ist, wobei das Potentiometers die Auswahl des vorgegebenen Schwell wertpegeIs ermöglicht.

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7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler drei Klemmen hat, der Wandlerausgang mit dem Eingang des ersten Verstärkers über einen Widerstand gekoppelt ist, der zwischen der ersten Klemme des Wandlers und der Basis des Transistors liegt, sowie Einrichtungen, die die zweite Klemme des Wandlers mit der zweiten Klemme der Gleichstromquelle verbinden, und die dritte Klemme des Wandlers mit dem ersten Teiler verbünden ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Handler zwei Klemmen aufweist, der Wandlerausgang mit dem Einging des ersten Verstärkers über einen Kondensator gekoppelt ist, der zwischen der ersten Klemme des Wandlers und der Basis des ersteh Transistors liegt, und die zweite Klemme des Wandlers mit der zweiten klemme der Gleichstromquelle verbunden ist, und dlß dfe erste klemme des Wandlers ebenfalls mit dem ersten Teiler vertKitfcfen ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der tötiitfter in einen Helmholtz-Resonator montiert ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem ler Ansprüche I - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem von einer Membran abgestützten piezoelektrischen Element besteht, das drei Klemmen aufweist, der erste Schaltverstärker aus einem ersten Transistor mit Basis, Kollektor und Emitter besteht, die Gleichstromquelle zwei Klemmen hat, ein Spannungsteiler und der Kollektor-Emitter des ersten Transistors in dieser Reihenfolge in Reihe über den beiden Klemmen der Gleichstromquelle liegen, der erste Schaltverstärker mit den Treibklemmen des Wandlers über einen zweiten und einen dritten Transistor verbunden ist, der jeder eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter aufweisen, und eine Diode, wobei der Emitter-Kollektor des zweiten Transistors, die Diode und der Emitter-Kollektor des dritten Transistors in dieser Reihenfolge in Reihe über den beiden Klemmen der Gleichstromquelle liegen,

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wobei die Basis des zweiten Transistors mit dem Teiler verbunden ist und die Verbindung der Diode mit dem Kollektor des zweiten Transistors mit der Basis des dritten Transistors und über einen ersten Widerstand mit der zweiten Klemme der Gleichstromquelle verbunden ist, wobei der zweite Transistor so vorgespannt ist, daß er nicht leitend ist, wenn der erste Transistor nicht leitend ist und er in einen leitenden Zustand geschaltet ist, wenn der erste Transistor in einen leitenden Zustand geschaltet wird, während die Diode den dritten Transistor in einem nicht leitenden Zustand hält, wenn der zweite Transistor leitend ist, und die Basisverbindungen des dritten Transistors diesen dritten Transistor leitend machen, wenn der zweite Transistor nicht leitend ist, der Wandlerausgang mit dem Eingang des ersten Verstärkers über einen zweiten Widerstand gekoppelt ist, der zwischen der ersten Klemme des Wandlers und der Basis des ersten Transistors liegt, und die zweite Klemme des Wandlers mit der zweiten Klemme der Gleichstromquelle verbunden ist, und die dritte Klemme des Wandlers über einen dritten Widerstand mit dem Emitter des dritten Transistors verbunden ist, wobei der Emitter des dritten Transistors über einen vierten Widerstand mit der ersten Klemme der Gleichstromquelle verbunden ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Wechselspannungsquelle, einen Wechsel Stromauslaß, einen gesteuerten Schalter, der zwischen die WechselspannungsqueiIe und dem Wechselstromauslaß geschaltet ist und einen Steueranschluß aufweist, mit dem der Schalter aufgrund eines angelegten Spannungsimpulses leitend gemacht werden kann, einen fünften Widerstand, einen Kondensator und einen sechsten Widerstand, die in dieser Reihenfolge zwischen den Emitter des dritten Transistors und die zweite Klemme der Gleichstromquelle geschaltet sind, und einer Einrichtung, die die Verbindung des Kondensators mit dem sechsten Widerstand mit der Steuerklemme des Schalters verbindet.

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