DE2950021A1

DE2950021A1 - Schalter fuer elektrische ultraschallsignale

Info

Publication number: DE2950021A1
Application number: DE19792950021
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Hassler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1981-06-19
Also published as: DE2950021C2

Description

Schalter für elektrische Ultraschallsignale
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalter für elektrische Ultraschallsignale, insbesondere zur Anwendung bei Ultraschall-Arrays mit z.B. mehreren Wandlerelementreihen.
Durch die DE-PS 26 58 222 sind Schalter dieser Art bekannt, die aufgrund besonderer Maßnahmen, wie beispielsweise Hinzuschaltung von Pufferverstärkern od.dgl., relativ knackarm schalten. Allerdings ist der hierzu benötigte schaltungstechnische Aufwand relativ groß und die Schaltung der einzelnen Schalter ist nach energietechnischen Gründen noch nicht optimal.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen Schalter aufzubauen, der bei geringerem technischen Aufwand zugleich energiearmes und auch weitgehend schaltknackfreies Schalten ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens für den Sendefall zur Schaltung einzelner Wandlerelemente einer Wandlerelementgruppe eine Schaltung aus Signal schwell engl i edem für Strom oder Spannung dient, die mit ihren Schwellwerten die Schaltschwelle für anliegende Sendesignale abgeben.
Vom eigentlichen Sendesignal geschaltete Schwellenglieder benötigen keine eigene Schaltenergie und erzeugen auch kaum Schaltknackse. Bei geringstem technischen Aufwand ist somit energiearmes und weitgehend schaltknackfreies Schalten möglich.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Schaltschwelle durch Dioden, insbesondere antiparallel geschaltete Siliziumdioden oder in Serie geschaltete Zenerdioden, vorgegeben sein oder die Dioden können durch die Basis-Emitter-Strecke oder auch Kollektor-Basis-Strecke von Transistoren gebildet sein. Zum Schalten auch im Empfangsfalle können in weiterer bevorzugter Ausgestaltung ein oder mehrere optogesteuerte Transistoren dienen, die parallel oder in Serie gekoppelt sind. Die Transistoren können als Empfangsschalter zusätzlich zu einer Diodenschaltung als Sendeschalter vorhanden sein; zwei gekoppelte Transistoren können aber auch sowohl Sende- als auch Empfangsschalter sein, und zwar in der Weise, daß bei für jeden Transistor einzeln vorgesehener direkter Leitungsverbindung zwischen Kollektor- und Basis-Elektrode für den Sendefall die Basis-Emitter-Diode als Sendeschalter dient, während für den Empfangsfall die Kollektor-Emitter-Strecken als Leitstrecke dienen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Es zeigen: Fig. 1 einen aus reinen Halbleiterdioden aufgebauten Sendeschalter, Fig. 2 die Kombination eines Empfangsschalters aus optogesteuerten Transistoren mit einem Dioden-Sendeschalter, Fig. 3 einen Sende/Empfangsschalter, der nur aus optogesteuerten Transistoren besteht.
Die Fig. 1 zeigt eine Ansteueranordnung für Wandlerelemente 1, 2, 3 etc. eines Ultraschall-Arrays mit mehreren Wandlerelementreihen, so wie sie im Prinzip aus der DE-PS 26 58 222 vorbekannt ist. Der erfinderische Unterschied ist der, daß anstelle einer Vielzahl von einzelnen Sendeschaltern, die jedem einzelnen Wandlerelement separat zugeordnet sind, eine Diodenschaltung 4 vorhanden ist, die aus zwei gegensinnig gepolten Diodenpaaren 5 und 6 aufgebaut ist. Die Diodenschaltung 4 dient mit ihren Durchlaßschwellwerten als Schaltschwelle für anliegende Sendesignale US als Sendeschalter für die jeweils äußeren Elemente 1, 3 etc. einer Wandlerelementspalte. Das mittlere Wandlerelement 2 wird in direkter Verbindung über den Schalter 7 mit dem Ultraschallsignal beaufschlagt. Bei geschlossenem Schalter 7 wird also durch ein Ultraschall-Sendesignal US geringerer Intensität zuerst das Wandlerelement 2 aktiviert. Wird dann die Intensität des Sendesignals erhöht, so wird die Durchlaßschwelle der Diodenpaare 5 bzw. 6 (je nach Vorliegen der positiven oder der negativen Halbwelle) überschritten, so daß auf diese Weise die äußeren Elemente 1 und 3 zum inneren Element 2 hinzugeschaltet werden. Die Empfangsschaltung entspricht jener der DE-PS 26 58 222 mit der Vereinfachung, daß anstelle drei Schaltkreisen mit Sende/ Empfangs schaltern und Pufferverstärkern deren nur noch zwei vorgesehen sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig.1 sind also den äußeren Wandlerelementen 1 und 3 die Empfangsschalter 8 und 9 mit Pufferverstärker 10 und Ausgangsschalter 11 zugeordnet. Dasselbe gilt für das mittlere Element 2 mit den Empfangsschaltern 12, 13, dem Pufferverstärker 14 und dem Ausgangsschalter 15.
Die Schaltung der Fig. 1 erlaubt also relativ energiearmes und knackfreies Schalten im Sendefall aufgrund der Diodenschaltung 4. Auf der Empfangsseite werden jedoch weiterhin Pufferverstärker zur Knackunterdrückung benötigt, wobei jedoch durch die Zusammenschaltung der jeweils äußeren Elemente einer Spalte die Zahl der Empfangskreise für jede Spalte von drei auf zwei reduziert ist.
Selbst auf diesen bereits reduzierten Empfangsaufwand kann jedoch verzichtet werden, wenn auf Ausführungsformen übergegangen wird, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind.
Die Fig. 2 zeigt dabei wieder für eine Spalte mit drei Wandlerelementen 1, 2, 3 die bereits auch in Fig. 1 eingesetzte Diodenschaltung 4 für den energie- und knackarmen Sendeschaltvorgang. Hinzugefügt sind jedoch zwei optogesteuerte Transistoren 16 und 17 mit Ansteuerdioden 18 und 19 zur Schaltung für den Empfangsfall. Auch diese Schaltform für den Empfangsfall ist relativ energiearm und dabei besonders schaltknackfrei.
Die Fig. 3 zeigt hingegen einen Sende/Empfangsschalter für eine Spalte aus drei Wandlerelementen 1, 2, 3, der nur noch aus zwei optogesteuerten Transistoren 20 und 21 aufgebaut ist. Die Möglichkeit der Anwendung sowohl auf den Sende- als auch auf den Empfangsfall ermöglicht ein Schaltungstrick, der darin besteht, daß von beiden Transistoren 20 und 21 jeweils die Basis mit dem Kollektor durch ein Leitungsstück 22 bzw. 23 direkt verbunden ist. Im Sendefall dienen dann bei nicht erregten Leuchtdioden 18 bzw. 19 je nach Polarität des gerade anstehenden Sendesignalanteils die Basis-Emitter-Diode des einen Transistors oder die Basis-Emitter-Diode des anderen Transistors mit ihren Schwellwerten als Sendeschalter. Im Empfangsfalle wird hingegen in Abhängigkeit von der Polarität des empfangenen Signals durch die Leuchtdiode 18 oder 19 der entsprechende Transistor 20 bzw. 21 in den leitenden Zustand gesteuert.
Der entsprechende Signalanteil des empfangenen Signales wird dann über die Kollektor-Emitter-Strecke als Leitstrecke zur Empfangsschaltung weitergeleitet. In den Fällen der Fig. 2 und 3 kann selbstverständlich als Leuchtelement auch nur eine einzige Diode verwendet werden, sofern die beiden Transistoren mit der einzigen Diode in geeignete räumliche Baueinheit gebracht werden.
Die dargestellten Ausführungsformen finden ihre Anwendung vorzugsweise bei Ultraschall-Arrays mit mehreren Wandlerreihen, so wie sie beispielsweise in der DE-PS 26 58 222 dargestellt sind, z.B. sowohl für Sende- als auch für Empfangsfokussierung oder für Mischformen von beiden. Eine Anwendung der Schalter ist selbstverständlich auch für andere Verwendungszwecke möglich. Als Grundbaustein zur Realisierung der Empfaiigsschalter der Fig. 2 und 3 als optogesteuertes Transistorenpaar kann der Siemens-Baustein CNY 17 III dienen. Der Einsatz anderer Systeme ist selbstverständlich ebenfalls möglich.

Claims

Patentansprüche 1! Schalter für elektrische Ultraschallsignale, insbesondere zur Anwendung bei Ultraschall-Arrays mit z.B. mehreren Wandlerelementreihen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens für den Sendefall zur Schaltung einzelner Wandlerelemente einer Wandlerelementgruppe (1, 2, 3) eine Schaltung (4) aus Signalschwellengliedern (5, 6 oder 20, 21) für Strom oder Spannung dient, die mit ihren Schwellwerten die Schaltschwelle für anliegende Sende signale abgeben.
2. Schalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Schaltung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Strom- oder Spannungswerten der Sendesignale die Schaltschwellwerte für einzelne Wandlerelemente oder Wandlerelementgruppen gestuft sind in der Weise, daß z.B. einzelne Signalschwellenglieder unterschiedliche Durchlaßschwellwerte aufweisen und/oder einzelne Sendesignalwege sogar ohne Schwellenglieder sind.
3. Schalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltschwelle durch Dioden, insbesondere antiparallel geschaltete Siliziumdioden oder in Serie geschaltete Zenerdioden, vorgegeben ist.
4. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Signalschwellenglieder Dioden sind, die durch die Basis-Emitter-Strecke oder auch Kollektor-Basis-Strecke von Transistoren (20, 21) gebildet sind.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Schalten auch im Empfangsfalle ein oder auch mehrere optogesteuerte Transistoren (16, 17 oder 20, 23) dienen, die parallel oder in Serie gekoppelt sind.
6. Schalter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Transistorschaltung als Empfangsschalter zusätzlich zu einer Diodenschaltung als Sendeschalter vorhanden ist (Fig. 2).
7. Schalter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwei gekoppelte Transistoren (20, 23) sowohl Sende- als auch Empfangsschalter sind in der Weise, daß bei für jeden Transistor einzeln vorgesehener direkter Leitungsverbindung zwischen Kollektor- und Basis-Elektrode für den Sendefall die Basis-Emitter-Diode als Sendeschalter dient, während für den Empfangsfall die Kollektor-Emitter-Strecken als Leitstrecke dienen (Fig. 3).