DE3425175C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen, akustischen Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Fernsprechtechnik werden neben elektrodynamischen Wandlern immer häufiger piezoelektrische Wandler eingesetzt, weil sie sehr einfach im Aufbau sind und gute elektroakustische Eigenschaften besitzen. Diese piezioelektrischen, akustischen Wandler weisen in der Regel einen Verstärker auf, um das von der Piezo-Membran kommende oder an die Piezo-Membran ge­ gebene elektrische Signal zu verstärken.

Die piezoelektrischen Wandler müssen bestimmte technische Bedienungen erfüllen, wie sie beispielsweise in der "Be­ richtigung Nr. 1 zur Norm FTZ 439 1 TV, 1. Ausg. Januar 80, Sprechkapseln Ts, Technische Vorschriften" der deutschen Bundespost niedergelegt sind. Eine wichtige technische Be­ dingung ist die sogenannte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Hierbei werden die Grenzwerte für die Störfestigkeit gegen leitungsgebundene Störsignale z. B. auf einem Frequenz­ bereich von 20 KHz bis 30 MHz festgelegt, wobei sogar 150 MHz anzustreben sind.

Die Beeinflussungsspannung soll kleiner oder gleich 1,5 V an 50 Ohm sein, während bei Amplitudenmodulation die Frequenz 1 KHz bei einem Modulationsgrad von 80% betragen soll. Neben der Störfestigkeit gegen leitungsgebundene Signale wird auch noch eine Störfestigkeit gegen Felder gefordert. Diese muß Feldstärken von größer oder gleich 3 V/m und einen Frequenzbereich von 20 KHz bis 30 MHz umfassen, wobei wieder eine obere Frequenz von 150 MHz anzustreben ist.

Für die Amplitudenmodulation gelten die bereits oben erwähnten Werte 1 KHz bzw. 80% Modulationsgrad. Als Störfestigkeitskriterium wird eine Geräuschspannung von kleiner als 1 mV an 600 Ohm festgelegt.

Es ist bereits ein Piezowandler bekannt, bei dem ein Differenzverstärker mit zwei unipolaren Feldeffekt-Transistoren an die Elektroden eines Piezo­ elements angeschlossen ist, wobei die Quellen dieser Transistoren mit dem negativen Anschluß einer symmetrischen Stromversorgung verbunden sind (GB-OS 21 11 799, Fig. 9). Hierbei sind jedoch keine Vorkehrungen ge­ troffen, um Störungen von dem Verstärker fernzuhalten.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung für einen Piezokapsel-Verstärker bekannt, die eine Kapazität aufweist, welche parallel zum Verstärker liegt (CH-PS 5 92 392). Hiermit läßt sich indessen noch keine hinreichende EMV- Festigkeit erreichen.

Bei einem anderen bekannten elektroakustischen Wandler ist eine elektri­ sche Verbindung von einer Platte zu einer metallischen Gehäusewand bekannt (DE-AS 22 09 607). Auf dieser Platte befindet sich jedoch kein Verstärker, der mit Masse verbunden ist.

Weiterhin ist ein Ton-Signalgebereinrichtung mit einem Gehäuse und einem piezoelektrischen Wandler bekannt, bei der elektrische Anschlüsse durch eine Leiterplatte geführt sind (DE-OS 33 18 525, Fig. 3). Auch bei dieser Einrichtung sind keine Vorkehrungen getroffen, um Störungen von einem Verstärker fernzuhalten.

Schließlich ist auch noch ein piezoelektrischer, akustischer Wandler mit einer piezoelektrischen Membran bekannt, die an den Eingang eines Ver­ stärkers führt ("telcom report" 5, 1982, Heft 6, Seiten 362 bis 366). An dem Ausgang dieses Verstärkers sind sowohl ein Überspannungsschutz als auch ein Störschutz mit einem Masseanschluß vorgesehen. Einzelheiten dar­ über, wie die elektrische Verbindung zur Masse hergestellt ist, sind bei diesem bekannten Wandler nicht gezeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen piezoelektrischen Wandler, der sich in einer Fernsprechkapsel befindet, den Verstärker des Wandlers an Masse zu legen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die von den Postbehörden aufgestellten Forderungen bezüglich der EMV-Festigkeit erfüllt werden. Störfrequenzen bis über 150 MHz werden hierdurch wirksam eliminiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fernsprech-Kapsel;

Fig. 2 eine Seitenansicht der in der Fig. 1 dargestellten Fern­ sprech-Kapsel;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die in der Fig. 2 dargestellten Kap­ sel;

Fig. 4 eine Ansicht von unten auf die in der Fig. 2 dargestellte Kapsel;

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung der in der Fig. 2 dargestellten Kapsel;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Fernsprechkapsel bei angenommenem Deckel und bei abgenommenem Dämpfungs­ filz;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Kapsel gemäß Fig. 6 bei abgenommener Lochscheibe;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die Kapsel bei abge­ nommener Membran und abgenommenen Membran-Lagerringen;

Fig. 9 eine Draufsicht auf das Gehäuse der Kapsel, in dem sich die Leiterplatte befindet;

Fig. 10 eine Draufsicht auf das Gehäuse gemäß Fig. 9 bei herausge­ nommener Leiterplatte;

Fig. 11 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kapsel;

Fig. 12 eine erste teilweise Schnittdarstellung der Kapsel;

Fig. 13 eine zweite teilweise Schnittdarstellung der Kapsel;

Fig. 14 zwei Anschlußkontakte für die Piezo-Membran;

Fig. 15 die elektrische Beschaltung eines Verstärkers für den erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wandler.

In der Fig. 1 ist eine Fernsprechkapsel 1 dargestellt, die zwar als Sprechkapsel dient, aber in an sich bekannter Weise (vergl. DE-OS 32 32 177) auch als Hörkapsel ausgebildet sein kann. Diese Fernsprechkapsel 1 weist ein Gehäuse 2 und einen Deckel 3 auf, die beide aus Aluminium hergestellt sind. Der Deckel 3 weist einen Randbereich 4 mit hoizontaler Oberfläche auf, der in einen schräg ansteigenden Teil 5 übergeht. Am Ende dieses Teils 5 weist der Deckel 3 einen Wulst 6 auf, an den sich ein Kreisring 7 anschließt, der mit mehreren Löchern 8 versehen ist. Auf der Unterseite des Gehäuses 2 befindet sich ein Körper 9 aus Kunststoff.

In der Fig. 2 ist dieselbe Kapsel 1 noch einmal dargestellt, und zwar von der Seite. Hierbei erkennt man, daß unterhalb des Deckels 3 eine konisch verlaufende Abschrägung 10 des Gehäuses 2 vorgesehen ist.

Die Fig. 3 zeigt die Kapsel 1 von oben, wobei die Einzelheiten der Oberseite des Deckels 3 erkennbar sind.

In der Fig. 4 ist die Kapsel 1 in einer Ansicht von unten darge­ stellt. Man erkennt hierbei den Kunststoffkörper 9, der einen äußeren erhöhten Kreisring 11 und einen inneren vertieften Kreis­ ring 12 aufweist, wobei der innere Kreisring 12 einen erhabenen Kreis 13 einschließt. In dem Kreisring 12 befinden sich zwei quadratische Ausnehmungen 14, 15 für elektrische Anschlüsse 16, 17.

In der Fig. 5 ist die Kapsel 1 in einer Explosi­ onsdarstellung gezeigt. Zwischen dem Gehäuse 2, das einen waag­ rechten oberen Rand 18 besitzt, und dem Deckel 3 sind die Einzel­ teile dargestellt, die sich in der Kapsel 1 befinden. Unmittel­ bar unterhalb des Deckels 3 ist eine Dämpfungsscheibe 19 angeord­ net, die sich über einer Lochscheibe 20 befindet. Diese Loch­ scheibe 20 ist wiederum über einer Piezo-Membran 21 angeordnet, die von zwei elastischen Lagerringen 22, 23 umfaßt wird. Unter­ halb der Membran 21 ist ein Aufbaukörper 24 vorgesehen, der mehrere Vertiefungen 25-29 auf seinem unteren zylindrischen Teil 30 aufweist, die durch den oberen Teil 31 hindurchführen.

Der obere Teil 31 weist seinerseits einen konisch verlaufenden unteren Teil 32 und einen oberen Teil 33 mit zylindrischem Umfang auf. Unterhalb des Aufbaukörpers 24 ist eine Leiter­ platte 34 dargestellt, die zwei untere Kontakte 35 und zwei obere Kontakte 36 besitzt, von denen man jeweils nur einen Kon­ takt erkennt. Hinter dem Kontakt 35 ist ein Verstärker 37 zu sehen, neben dem sich ein Widerstand 38 befindet. Auf der Ober­ seite der Leiterplatte 34 sind mehrere Lötstellen 39 erkennbar.

In der Fig. 6 ist die Kapsel 1 in der Draufsicht dargestellt, wobei der Deckel 3 und die Dämpfungsscheibe 9 abgenommen sind. Man erkennt hierbei die Lochscheibe 20, die einen äußeren Kreis­ ring 40 und einen inneren Kreisring 41 aufweist. Der äußere Kreisring 40 ist gegenüber dem inneren Kreis 41 erhöht, während der innere Kreisring 41 zwei Löcher 42, 43 aufweist.

In der Fig. 7 ist die Lochscheibe 20 weggenommen, so daß man den Lagerring 22 und die Membran 21 erkennt.

In der Fig. 8 sind im vergleich zur Fig. 7 auch noch die Membran 21 und die beiden Lagerringe 22, 23 weggenommen, wodurch der Blick auf den Aufbaukörper freigegeben wird. Dieser Aufbaukörper 24 weist einen schmalen äußeren Rand 44 und im Anschluß hieran einen vertieften und horizontal verlaufenden Kreisring 45 auf. Dieser kreisring 45 umschließt einen Kreis 46, der mit einer Ver­ tiefung 47 versehen ist, welche die Form eines Kreisringausschnitts hat. In dem Kreis 46 und in unmittelbarer Nähe zum Kreisring 45 sind mehrere rechteckige Löcher 48 auf einem Kreisumfang vorge­ sehen, die mit den Nuten 25-29 in Fig. 5 korrespondieren.

Die Fig. 9 zeigt noch einmal das Gehäuse 2, wobei im Vergleich zur Fig. 8 zusätzlich der Aufbaukörper 24 weggenommen ist. Man erkennt hierbei die Leiterplatte 34 mit den Leitungsbahnen 49, 50, 51 und den Kontakten 36, 36′. Mit 52 ist der konisch nach innen verlaufende Teil des Gehäuses 2 der Kapsel 1 bezeichnet.

Die Fig. 10 zeigt das leere Gehäuse 2 der Kapsel 1. In dieses Gehäuse ragen Kunststoffteile 53, 54 bzw. 55, 56, 57, 58, die durch entsprechende Durchbrechungen im Boden des Gehäuses ge­ führt sind. Diese Kunststoffteile gehören zu dem bereits er­ wähnten Kunststoffkörper 9. Während die Kunststoffteile 53, 54 für die Aufnahme von Kontakten dienen, sind die Kunststoff­ teile 55-58 für die Befestigung des Kunststoffkörpers 9 am Boden des Gehäuses 2 vorgesehen.

In der Schnittdarstellung der Fig. 11 sind die Einzelteile der Kapsel 1, von denen die meisten schon beschrieben wurden, noch einmal in vergrößertem Maßstab dargestellt. Zusätzlich erkennt man die Anschlußdrähte 59 für die Verbindung zwischen der Leiterplatte 34 und der Membran 21. Das obere Ende der Lötfahne 36 ist in einer Nische des Aufbaukörpers 24 untergebracht, so daß sich die elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte 34 und Membran 21 leicht herstellen läßt.

Die Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Kapsel 1, der neben den bereits beschriebenen Bauteilen auch noch eine Lötfahne 60 zeigt, die von der Oberseite 61 der Leiterplatte 34 durch diese Leiterplatte 34 hindurch bis zur Innenwand des Ge­ häuses 2 führt. Diese Lötfahne 60 ist im wesentlichen U-förmig ausgebildet und stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem metallischen Gehäuse 2 und der Leiterplatte 34 her.

In der Fig. 13 ist ein Längsschnitt durch eine andere Seite der Kapsel 1 dargestellt, der zeigt, daß die Verbindung zwischen Leiterplatte 34 und Membran 21 auch auf eine andere Weise herge­ stellt werden kann als dies in der Fig. 11 gezeigt ist. Die Kon­ takt- oder Lötfahne wird hierbei nicht in einer Mulde des Auf­ baukörpers 24 angeordnet, sondern in einem Leerraum zwischen dem Deckel 3 und der Membran 21. Auf diese Weise können die Anschlußstellen 63, 64 auch noch nach der Montage der Membran 21 in den Kontakten 66 der Lötfahne 36 in dem Leerraum 62 verbun­ den werden.

In der Fig. 14 sind die Lötfahnen 36, 36′ mit ihren Kontaktstellen 65, 66 noch einmal in vergrößertem Maßstab und in der Draufsicht dargestellt.

Die erfindungsgemäße elektronische Beschaltung des Verstärkers 37 ist in der Fig. 15 gezeigt. Der Eingang 67 des Verstärkers 37 mit den Anschlüssen 68, 69 ist mit dem eigentlichen elektro­ akustischen Wandler, d. h. mit der Piezo-Membran, verbunden, während der Ausgang 70 des Verstärkers 37 mit den Anschlüssen 71, 72 zu dem Fernsprechapparat führt. Parallel zu den Anschlüssen 71, 72 ist ein Kondensator 73 geschaltet, der in der Praxis 22 Nanofarad haben kann. Der Anschluß 71 ist außerdem mit dem Gehäuse 2 der Kapsel 1 elektrisch verbunden. Jeder der Anschlüsse 71, 72 ist außerdem über jeweils eine Z-Diode 74, 75 an Masse gelegt, wobei die Kathoden der Z-Dioden 74, 75 den Anschlüssen 71 bzw. 72 zugekehrt sind. Ein Widerstand 38 ist an den Verstärker 37 so angeschaltet, daß er eine Stromgegenkopplung bewirkt. Dieser Widerstand wird zweckmäßigerweise zu 100 Ohm gewählt und zur Ar­ beitspunkteinstellung des Verstärkers 37 verwendet. Die Z- Dioden 74, 75 dienen als Überspannungsschutz, während der Konden­ sator 73 zur Erfüllung der EMV-Forderung vorgesehen ist.

Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar, wenn es sich bei dem Verstärker 37 um einen solchen vom Typ SCS LS 188 2ES handelt. Der Aufbau dieses Verstärkers ist bekannt und in entsprechenden Datenblättern und anderen Publikationen veröffentlicht. Eine nähere Beschreibung dieses Verstärkers erübrigt sich deshalb.

Claims (9)

1. Piezoelektrischer, akustischer Wandler mit einer piezoelektrischen Mem­ bran, die an den Eingang eines Verstärkers angeschlossen ist, dessen Aus­ gang zu einem Fernsprechapparat führt, wobei am Ausgang des Verstärkers ein Überspannungschutz sowie ein Störschutz mit einem Masseanschluß vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseanschluß mit dem elektrisch leitenden Gehäuse (2) einer Fernsprechkapsel (1) in Verbindung steht, daß diese Verbindung über eine Lötfahne (60) erfolgt, die mit ihrem einen Ende auf der Innenseite des elektrisch leitenden Gehäuses (2) der Fernsprechkapsel (1) aufliegt, wobei das andere Ende der Lötfahne (60) auf der einen Seite einer Leiterplatte (34) angelötet und die Lötfahne (60) durch eine Bohrung in dieser Leiterplatte (34) geführt ist.

2. Piezoelektrischer, akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zu dem Ausgang (70) des Verstärkers (37) eine Ka­ pazität (73) geschaltet ist.

3. Piezoelektrischer, akustischer Wandler nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (38) als Stromgegenkopplungs­ element an den Verstärker (37) geschaltet ist.

4. Piezoelektrischer, akustischer Wandler nach einem oder mehreren der vorgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden An­ schlüsse (71, 72) des Ausgangs (70) des Verstärkers (37) jeweils eine Z-Diode (74, 75) angeschlossen ist.

5. Piezoelektrischer, akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (2) mit einem Deckel (3) abgeschlossen ist.

6. Piezoelektrischer, akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (2) aus Aluminium besteht.

7. Piezoeleketrischer, akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lötfahne (60) parallel zur anderen Seite der Leiterplatte (34) bis zum Gehäuse (2) der Fernsprechkapsel (1) verläuft und dort parallel zur Innenwand des Gehäuses (2) verläuft.

8. Piezoelektrischer, akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verstärker (37) als integrierte Schaltung ausgelegt ist, die sich auf der Unterseite der Leiterplatte (34) befindet, wobei die An­ schlüsse des Verstärkers (37) durch die Leiterplatte (34) hindurchgeführt sind und auf der Oberseite der Leiterplatte (34) enden, wo sie an Leiter­ bahnen (49 bis 51) angelötet sind.

9. Piezoelektrischer, akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wandler für eine Sprechkapsel vorgesehen ist.