DE3126299A1 - Excitation circuit for a piezoelectric oscillator - Google Patents

Excitation circuit for a piezoelectric oscillator

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DE3126299A1 DE19813126299 DE3126299A DE3126299A1 DE 3126299 A1 DE3126299 A1 DE 3126299A1 DE 19813126299 DE19813126299 DE 19813126299 DE 3126299 A DE3126299 A DE 3126299A DE 3126299 A1 DE3126299 A1 DE 3126299A1
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Abstract

An excitation circuit for a piezoelectric oscillator is described, whose electrodes are connected to the secondary winding of a transformer and to a further inductance, the transformer being supplied from transistors which are connected in the push-pull mode, are connected to a DC power source and whose base connections are electrically coupled, via a series-resonant circuit, to the electrodes of the oscillator. In order to make possible electrically floating installation of the oscillator and of the horn in the case of the excitation circuit with relatively little circuitry complexity, it is provided that the series-resonant circuit is switched from a second transformer and a capacitor into a line which connects the base connections of the transistors, the secondary winding of the second transformer being connected in DC terms (directly electrically connected) to the electrodes of the oscillator.

Description

Brief vom 29.6.198I ; Blatt; J; " ~ur· Horst Zinngrebe Dlpl.-Ing. G. SchdebsLetter dated June 29, 1981; Sheet; J; " ~ ur · Horst Zinngrebe Dlpl.-Ing. G. Schdebs

FatemanwaltFateman lawyer

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwaltto the German Patent Office, Munich Patent Attorney

Beschreibungdescription

Die Erfindung "betrifft eine Anregungsschaltung für einen piezoelektrischen Schwinger, dessen Elektroden mit der Sekundärwicklung eines Übertragers und einer weiteren Induktivität verbunden sind, wobei der Übertrager von im Gegentakt geschalteten, mit einer Gleichstromquelle verbundenen Transistoren gespeist wird, deren Basisanschlüsse über eine Reihenresonanzschaltung an die Elektroden des Schwingers elektrisch angekoppelt sind.The invention "relates to an excitation circuit for a piezoelectric oscillator, its electrodes with the secondary winding of a transformer and another Inductance are connected, the transformer being connected in push-pull mode, with a direct current source Connected transistors is fed, the base terminals of which via a series resonance circuit the electrodes of the transducer are electrically coupled.

Aus den "Technischen Informationen für die Industrie" "Nr..781109 der Firma Valvo ist die Ultraschall-Plüssigkeitszerstäubung mit einem PXE-Schwinger, bestehend aus einer piezoelektrischen, keramischen Verbindung, bekannt, der von einer Oszillatorschaltung zu Schwingungen angeregt wird. Diese Oszillatorschaltung enthält einen ersten Transistor, der einen als Leistungsstufe arbeitenden Komplementär-Emitterfolger ansteuert. Der Ausgang des Emitterfolgers wird kapazitiv über einen Transformator an die Elektroden des Schwingers übertragen. Von diesen wird eine Eückkopplungsspannung über eine ohmisch bedämpfte Reihenresonanzschaltung aus einer Drossel und einem Kondensator abgegriffen und der Basis des ersten Transistors zugeführt.From Valvo's "Technical Information for Industry" "No. 781109 is the ultrasonic liquid atomization with a PXE transducer, consisting of a piezoelectric, ceramic compound, known, which is excited to vibrate by an oscillator circuit will. This oscillator circuit contains a first transistor, which operates as a power stage Complementary emitter follower controls. The exit the emitter follower becomes capacitive via a transformer transmitted to the electrodes of the transducer. Of these, a feedback voltage is ohmic via one Damped series resonance circuit tapped from a choke and a capacitor and the base of the first Transistor supplied.

Diese Schaltung hat den Wachteil, daß der Emitterfolger durch eine besondere Transistorstufe angesteuert werden muß, und daß der Schwinger mit der Stromquelle verbunden ist. Da der Schwinger zur Verbesserung der Ultraschall-Abstrahlung mit einem metallischen Becher oder Horn fest verbunden ist, ist bei der bekannten Schaltung das. HornThe disadvantage of this circuit is that the emitter followers are controlled by a special transistor stage must, and that the transducer is connected to the power source. As the transducer to improve the ultrasonic radiation is firmly connected to a metallic cup or horn, in the known circuit is the horn

Brief vom 29.6.1981 blatt # ~Do No/st:Zinngrebe oipi.-ing. g.Letter from June 29th, 1981 sheet # ~ Thu No / st: Zinngrebe oipi.-ing. G.

. J*at^(T^nwalt. J * at ^ (T ^ nwalt

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwaltto the German Patent Office, Munich Patent Attorney

nicht potentialfrei.not potential free.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anregungsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei geringerem schaltungstechnischen Aufwand einen potentialfreien Einbau des Schwingers und des Horns ermöglicht. The invention is therefore based on the object of an excitation circuit of the type mentioned at the beginning, which have a lower circuit complexity Potential-free installation of the transducer and the horn allows.

Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Reihenresonanzschaltung aus einem zweiten Übertrager und einem Kondensator in eine die Basisanschlüsse der Transistoren verbindende Leitung geschaltet ist, wobei die Sekundärwicklung des zweiten Übertragers mit den Elektroden des Schwingers galvanisch verbunden ist. Damit wird der Schaltungsaufwand wesentlich reduziert und der Schwinger sowie das mit ihm verbundene Horn bleiben von den übrigen Teilen der Anregungsschaltung galvanisch getrennt.For this purpose it is provided according to the invention that the series resonance circuit from a second transformer and a capacitor into one of the base connections of the transistors connecting line is connected, the secondary winding of the second transformer with the electrodes of the Oscillator is galvanically connected. This significantly reduces the circuit complexity and the oscillator as well as the horn connected to it remain galvanically separated from the other parts of the excitation circuit.

Der Kondensator kann zweckmäßig ein Trimmer sein, der die frequenzmäßige Abstimmung erleichtert. Fm zu verhindern, daß an den Basen der Transistoren zu große Sperrspannungen auftreten, empfiehlt es sich in Weiterbildung der Erfindung, die Basisanschlüsse über je eine Diode mit Bezugspotential,, zweckmäßig Masse, zu verbinden.The capacitor can expediently be a trimmer, which facilitates the frequency-related tuning. Fm to prevent that at the bases of the transistors too high reverse voltages occur, it is recommended in a further development of the invention, the base connections each via a diode with reference potential ,, expedient ground to connect.

Zum Anstoßen der Anregungsschaltung kann ein Ohm"scher Widerstand dienen, der einen Pol der Gleichstromquelle mit der Verbindungsleitung der Transistorbasen verbindet, wobei es sich dann empfiehlt, eine Mittelanzapfung des ersten Übertragers mit dem bezugspotentialfreien Pol der Gleichstromquelle zu verbinden.An ohmic shear can be used to trigger the excitation circuit Resistance that connects one pole of the direct current source to the connecting line of the transistor bases, it is then advisable to tap a center tap of the first transformer with the potential-free pole of the Connect DC power source.

Zur Kompensation des kapazitiven Laststroms des pi-ezoelektrischen Schwingers kann eine Drossel an die beidenTo compensate for the capacitive load current of the pi-ezoelectric Schwingers can be a choke to the two

Brief vom 29.6.1981 Blatt f> Dr. Horst Zinngrebe t>ipi.-ing. g: scwtebe Letter dated June 29, 1981, sheet f> Dr. Horst Zinngrebe t> ipi.-ing. g: scwtebe

an das Deutsche Patentamt, München Paten.«™«« Patentanwaltto the German Patent Office, Munich. "™" "Patent attorney

Elektroden des Schwingers innerhalb der Rückkopplungsschaltung angeschlossen sein. Electrodes of the oscillator be connected within the feedback circuit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Schaltung im einzelnen beschrieben.The invention will be described in detail below with reference to the circuit shown in the accompanying drawing described.

Die Elektrode 6.2 des piezoelektrischen Schwingers S 1, der aus einer keramischen, an sich bekannten Masse besteht, ist direkt mit einem Ende 6.5 der Sekundärwicklung 11.1 des ersten Übertragers Ü 1 verbunden, dessen anderes Ende 6.4 mit einem Ende der Sekundärwicklung 4.2 eines zweiten Übertragers Ü 2 verbunden ist. Die andere Elektrode 6.1 des Schwingers S 1 ist mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung 4.2 des zweiten Übertragers Ü 2 verbunden. Die beiden Elektroden 6.1 und 6.2 des Schwingers S sind außerdem miteinander über eine Drossel L 1 verbunden.The electrode 6.2 of the piezoelectric oscillator S 1, which consists of a ceramic, known per se, is right with one end 6.5 of the secondary winding 11.1 of the first transformer Ü 1 connected, the other end 6.4 with one end of the secondary winding 4.2 of a second transformer Ü 2 is connected. The other electrode 6.1 of the oscillator S 1 is with the other end of the Secondary winding 4.2 of the second transformer Ü 2 connected. The two electrodes 6.1 and 6.2 of the oscillator S are also connected to one another via a throttle L 1.

Der eine Pol einer Gleichstromquelle 5 ist mit Bezugspotential und der andere Pol der Gleichstromquelle 5 ist mit der Mittelanzapfung 3 eier Primärwicklung 11.2 des ersten Übertragers Ü 1 verbunden. Ein Ende der Primärwicklung 11.2 des ersten Übertragers Ü 1 ist mit dem Kollektor 1.2 eines ersten npn-Transistors T 1 verbunden, und das andere Ende der Primärwicklung des ersten Übertragers Ü 1 ist mit dem Kollektor 2.2 eines zweiten npn-Transistors T 2 verbunden. Der Emitter 1.3 des ersten Transistors T und der Emitter 2.3 des zweiten Transistors T 2 sind jeweils an das Bezugspotential geführt. Die Basis 1.1 des ersten Transistors T 1 ist mit der Basis 2.1 des zweiten Transistors T 2 über eine Reihenresonanzschaltung bestehend aus der Primärwicklung 4.1 des zweiten Übertragers Ü 2 und einem Trimmer-Kondensator C 1 verbunden. Perner ist eine Diode D 1 an einem Ende auf BezugspotentialOne pole of a direct current source 5 is at reference potential and the other pole of the direct current source 5 is connected to the center tap 3 of a primary winding 11.2 of the first Transformer Ü 1 connected. One end of the primary winding 11.2 of the first transformer U 1 is connected to the collector 1.2 of a first npn transistor T 1 connected, and the other end of the primary winding of the first transformer U 1 is connected to the collector 2.2 of a second npn transistor T 2. The emitter 1.3 of the first transistor T and the emitter 2.3 of the second transistor T 2 are each connected to the reference potential. The base 1.1 of the The first transistor T 1 is connected to the base 2.1 of the second transistor T 2 via a series resonance circuit from the primary winding 4.1 of the second transformer Ü 2 and a trimmer capacitor C 1 connected. Perner is a diode D 1 at one end at reference potential

Brief vom 29.6.1981 : ; jBiait-^ Dr. Korst Zinngrebe Dipi.-ing. c sh Letter dated June 29, 1981:; jBiait- ^ Dr. Korst Pewter Grebe Dipi.-ing. c sh

an das Deutsche Patentamt, MÜnctien atentanwalt Patentanwaltto the German Patent Office, MÜnctien atentanwalt Patentanwalt

gelegt und am anderen Ende mit der Basis 1.1 verbunden. Eine zweite, gleichartige Diode D 2 ist am gleichartigen Ende ebenfalls mit Bezugspotential und am anderen Ende mit der Basis 2.1 verbunden. Die Mittelanzapfung 11.3 der Primärwicklung 11.2 des ersten Übertragers, welche mit dem potentialmäßig hoch liegenden Pol der Stromquelle 5 verbunden ist, ist über einen Ohm'sehen Widerstand R mit der Basis 1.1 verbunden, könnte natürlich auch mit der Basis 2.1 verbunden sein.and connected to the base 1.1 at the other end. A second, similar diode D 2 is the same End also connected to reference potential and at the other end to base 2.1. The center tap 11.3 of the primary winding 11.2 of the first transformer, which is connected to the high-potential pole of the power source 5 is connected via an ohmic resistor R connected to base 1.1 could of course also be connected to base 2.1.

Das elektrische Verhalten der beschriebenen Anregungsschaltung ist ohne weiteres aus dem dargestellten Schaltungsdiagramm verständlich. Wird ein etwa bei 5.1 Ein-Aus-Schalter in die Leitung vom elektrisch hoch liegenden Pol der Stromquelle 5 zur Mittelanzapfung 11.J geschlossen, fließt über den Widerstand R in die Basis 1.1 ein Basisstrom, der ein sicheres Durchschalten des Transistors T 1 gewährleistet. Damit schwingt die Schaltung an. Das Durchschalten von Transistor T 1 erzeugt im Stromkreis des Schwingers eine beispielsweise positive Halbwelle.The electrical behavior of the excitation circuit described is readily apparent from the circuit diagram shown understandable. If there is an on-off switch at about 5.1 in the line from the electrically high-lying Pole of power source 5 to center tap 11.J closed, A base current flows through the resistor R into the base 1.1, which ensures that the transistor is reliably switched through T 1 guaranteed. The circuit thus starts to oscillate. The switching through of transistor T 1 generates in the circuit of the oscillator, for example, a positive half-wave.

Ein Teil dieser Halbwelle wird phasenrichtig über den zweiten Übertrager Ü 2 zurückgekoppelt. Dadurch fließt der Strom in der Reihenresonanzschaltung bestehend aus zweitem Übertrager Ü 2 und Kondensator C 1 langsam in Richtung zur Basis 2.1 des Transistors T 2, so daß der Transistor T 1 sperrt und Transistor T 2 zu leiten beginnt .Part of this half-wave is in phase over the second transformer Ü 2 coupled back. As a result, the current flows in the series resonance circuit consisting of second transformer Ü 2 and capacitor C 1 slowly towards the base 2.1 of the transistor T 2, so that the Transistor T 1 blocks and transistor T 2 begins to conduct.

Ein Durchschalten des Transistors T 2 erzeugt eine beispielsweise negative Halbwelle im Schwingerkreis. Die phasenrichtige Rückkopplung kehrt den Strom im Reihenre-JO sonanzkreis um, so daß Transistor T 2 langsam sperrt und Transistor T 1 durchschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch. '. ■Switching through the transistor T 2 generates, for example, a negative half-wave in the resonant circuit. the In-phase feedback reverses the current in the series re-JO sonanzkreis so that transistor T 2 blocks and slowly Transistor T 1 turns on. This process is repeated periodically. '. ■

Brief vom 29.6.1981 - B'att V: : : Dr. Host Zinngrebe Letter dated 29/06/1981 - B'att V::: Dr. Host pewter grape

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt Patentanwaltto the German Patent Office, Munich Patent Attorney Patent Attorney

Bei der Abstimmung von elektrischer Resonanzfrequenz der Reihenresonanzschaltung und mechanischer Resonanzfrequenz des Schwingers sind optimale Phasenbedingungen und Betriebsbedingungen vorhanden. Die Drossel L 1 körnig pensiert den kapazitiven Laststrom des Schwingers. Die Dioden D 1 und D 2 verhindern, daß an den Basen 1.1 und 2.1 der Transistoren zu große negative Sperrspannungen auftreten.When tuning the electrical resonance frequency of the series resonance circuit and the mechanical resonance frequency The oscillator has optimal phase and operating conditions. The choke L 1 granularly compensates for the capacitive load current of the oscillator. the Diodes D 1 and D 2 prevent excessive negative reverse voltages at the bases 1.1 and 2.1 of the transistors appear.

Dem Fachmann leuchtet ohne weiteres ein, daß an der beschriebenen Schaltung zahlreiche Inderungen vorgenommen werden können, ohne daß dadurch vom Erfindungsgedanken abgewichen wird.A person skilled in the art will readily understand that numerous changes have been made to the circuit described without deviating from the inventive concept.

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Claims (6)

Dipl.-Ing. Günter Schliebs PatentanwälteDipl.-Ing. Günter Schliebs patent attorneys Dr. rer. nat, Horst Zinngrebe in DarmstadtDr. rer. nat, Horst Zinngrebe in Darmstadt European Patent Attorneys Mandataires en brevet europeensEuropean Patent Attorneys Mandataires en brevet europeens Schliebs + Zinngrebe, Claudiusweg 17A. D-B100 DarmstadlSchliebs + Zinngrebe, Claudiusweg 17A. D-B100 Darmstadl Telefon: (06151) 46753Telephone: (06151) 46753 An das Telex: 0419499To the telex: 0419499 Deutschte Patentamt Telegramm:inventronGerman Patent Office Telegram: inventron Zweibrückenstraße 12Zweibrückenstrasse 12 München 2 Claudiusweg 17AMunich 2 Claudiusweg 17A D-6100 DarmstadtD-6100 Darmstadt Ihr Brief Ihr Ref. Unser Ref. „ R 506 Datum 29.6.1981Your letter Your Ref. Our Ref. "R 506 Date 6/29/1981 Zi/hiZi / hi Betrifft: Anregungsschaltung für einen piezoelektrischen Schwinger Rohlf-Feinelectric GmbH, Richard-Rohlf-Straße 1, Valldürn-AltheimSubject: Excitation circuit for a piezoelectric oscillator Rohlf-Feinelectric GmbH, Richard-Rohlf-Strasse 1, Valldürn-Altheim PatentansprücheClaims Anregungsschaltung für einen piezoelektrischen Schwinger, dessen Elektroden mit der Sekundärwicklung eines Übertragers und einer weiteren Induktivität verbunden sind, wobei der Übertrager von im Gegentakt geschalteten, mit einer Gleichstromquelle verbundenen Transistoren gespeist wird, deren Basisanschlüsse über eine Reihenresonanzschaltung an die Elektroden des Schwingers elektrisch angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenresonanzschaltung aus einem zweiten Übertrager (Ü 2) und. einem Kondensator (C 1) in eine die Basisanschlüsse (1.1, 2.1) der Transistoren (T 1, T 2) verbindende Leitung (3) geschaltet ist, wobei die Sekundärwicklung (4.2) des zweiten Übertragers (Ü 2) mit den Elektroden (6.1, 6»2) des Schwingers (S 1) galvanisch verbunden ist.Excitation circuit for a piezoelectric oscillator whose electrodes are connected to the secondary winding of a Transformer and a further inductance are connected, the transformer of push-pull connected, is fed with a direct current source connected transistors, the base terminals of a Series resonance circuits are electrically coupled to the electrodes of the transducer, characterized in that that the series resonance circuit from a second transformer (Ü 2) and. a capacitor (C 1) into a the base connections (1.1, 2.1) of the transistors (T 1, T 2) connecting line (3) is connected, the Secondary winding (4.2) of the second transformer (Ü 2) with the electrodes (6.1, 6 »2) of the oscillator (S 1) galvanically connected is. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C 1) ein Trimmer ist«,2. Circuit according to claim 1, characterized in that the capacitor (C 1) is a trimmer «, ^λπ^ Mr 11HC7^ λπ ^ Mr 11HC7 Brief vom 29.6.1981 Biati & ' -"Dr.'KorS! Zinngrebe Dipi.-ing. g. sehnet»Letter from June 29, 1981 Biati & ' - "Dr.'KorS! Zinngrebe Dipi.-ing. G. Sehnet" an das Deutsche Patentamt, München -- a^i\anwalt Patentanwaltto the German Patent Office, Munich - a ^ i \ anwalt patent attorney 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisanschlüsse (1.1, 2.1) über je eine Diode (D 1, D 2) mit Bezugspotential verbunden sind.3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the base connections (1.1, 2.1) over one diode each (D 1, D 2) connected to reference potential are. 4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (T 1, T 2) npn-Transistoren sind, deren Emitter (1.3> 2.3) mit dem Bezugspotential und deren Kollektoren (1.2, 2.2) mit den beiden Enden der Primärwicklung (11.2) des ersten Übertragers (U 1) verbunden sind.4. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the transistors (T 1, T 2) are npn transistors whose emitter (1.3> 2.3) with the reference potential and their collectors (1.2, 2.2) with the two ends of the primary winding (11.2) of the first transformer (U 1) are connected. 5· Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelanzapfung (11.3) des ersten "Übertragers (Ü 1) mit der Gleichstromquelle (5) verbunden ist, deren anderer Pol an dem Bezugspotential anliegt.5 circuit according to one of the preceding claims, characterized in that a center tap (11.3) of the first "transformer (Ü 1) with the direct current source (5) is connected, the other pole of which is connected to the reference potential. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfung (11.3) über einen Ohm'sehen Widerstand (E) mit der Verbindungsleitung (3) verbunden ist.6. Circuit according to claim 5, characterized in that that the center tap (11.3) see over one ohm Resistor (E) is connected to the connecting line (3). 7· Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (4.2) des zweiten Übertragers (Ü 2) mit einem Verknüpfungspunkt (6) einer Elektrode (6.1) des Schwingers und einer Kompensations-Drossel (L 1) verbunden ist, und daß das andere Ende der Sekundärwicklung (4.2) des zweiten Übertragers (Ü 2) mit einem Ende (6.4) der Sekundärwicklung (11.1) des ersten Übertragers (Ü 1) verbunden ist, deren anderes Ende (6.5) mit dem Verknüpfungspunkt (6.6) der Kompensations-Drossel (L 1) und der anderen Elektrode (6.2) des Schwingers (S 1) verbunden ist.7 · Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary winding (4.2) of the second transformer (Ü 2) with a connection point (6) of an electrode (6.1) of the oscillator and a compensation throttle (L 1) connected is, and that the other end of the secondary winding (4.2) of the second transformer (Ü 2) with one end (6.4) of the secondary winding (11.1) of the first transformer (Ü 1) is connected, the other end of which (6.5) with the connection point (6.6) of the compensation throttle (L 1) and the other electrode (6.2) of the Schwingers (S 1) is connected.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3331896A1 (en) * 1983-09-03 1985-03-21 Gerhard Prof. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Flachenecker POWER GENERATOR FOR AN ULTRASONIC transducer

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DE3331896A1 (en) * 1983-09-03 1985-03-21 Gerhard Prof. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Flachenecker POWER GENERATOR FOR AN ULTRASONIC transducer

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