DE3719002C1 - Vibrating circuit with a piezoceramic sounder component - Google Patents
Vibrating circuit with a piezoceramic sounder componentInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schwingschaltung mit einem Piezokeramik-Tongeber-Bauelement, das zwischen der Basis- Emitterstrecke eines ersten Schalttransistors und der Kollektor-Emitterstrecke eines zweiten Schalttransistors liegt, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Schalttransistors gegengekoppelt ist, wobei der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor wechselweise sperren bzw. leiten und das Bauelement wechselweise von einem positiven bzw. negativen Stromimpuls durchflossen ist.The invention relates to an oscillating circuit with a Piezoceramic sounder component that is located between the base Emitter path of a first switching transistor and the Collector-emitter path of a second switching transistor lies whose base is with the collector of the first Switching transistor is coupled, the first Switching transistor and the second switching transistor alternately lock or control and the component alternately from a positive or negative Current pulse is flowing through.
Eine derartige Schwingschaltung ist in der Literaturstelle "Schwingquarze ein unverzichtbares Bauelement in der Elektronik", ZVEI, Vistas Verlag, Berlin 1985, Seiten 61 bis 66 als "Heegner-Schaltung" beschrieben. Es hat sich gezeigt, daß ein Piezokeramik- Tongeber-Bauelement (Summer), wenn es in einer solchen bekannten Schaltung betrieben wird, in einem Temperaturbereich von 0°C bis 125°C weder eine konstante Frequenz noch eine konstante Lautstärke hat. Dies läßt sich darauf zurückführen, daß die sich bei der genannten Schaltung einstellende Resonanzfrequenz überwiegend von der elektrischen Kapazität des Piezokeramik-Tongeber-Bauelements abhängt. Die genannte Heegner-Schaltung schwingt auch dann, wenn das Bauelement durch einen elektrischen Kondensator ersetzt wird. Die Kapazität des Piezokeramik-Tongeber-Bauelements nimmt mit steigender Temperatur zu. Dementsprechend ändert sich die Frequenz. Such an oscillation circuit is in the Literature "quartz crystals an indispensable Component in electronics ", ZVEI, Vistas Verlag, Berlin 1985, pages 61 to 66 as "Heegner circuit" described. It has been shown that a piezoceramic Sounder component (buzzer), if there is one known circuit is operated in a Temperature range from 0 ° C to 125 ° C neither a constant Frequency has a constant volume. This leaves can be traced back to the fact that the Circuit setting resonance frequency mainly from the electrical capacity of the Piezoceramic sounder component depends. The said Heegner circuit also swings when the component is replaced by an electrical capacitor. The The capacity of the piezoceramic sounder component increases increasing temperature. The changes accordingly Frequency.
Weiterhin hat sich gezeigt, daß Piezokeramik-Tongeber- Bauelemente mit vergleichsweise großer Kapazität, beispielsweise 20 myF und vergleichsweise niedriger Frequenz, beispielsweise 2 kHz, sich nicht zuverlässig betreiben lassen, da dann das Anschwingen der Heegner- Schaltung problematisch ist und Frequenzsprünge auftreten.It has also been shown that piezoceramic sounder Components with a comparatively large capacity, for example 20 myF and comparatively lower Frequency, for example 2 kHz, is not reliable operate as the Heegner Circuit is problematic and frequency hops occur.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwingschaltung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der die Tonfrequenz und die Tonamplitude des Bauelements, insbesondere im Temperaturbereich zwischen 0°C und 125°C, weitgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur sind.The object of the invention is to provide a resonant circuit to propose the type mentioned at the beginning, in which the Tone frequency and the tone amplitude of the component, especially in the temperature range between 0 ° C and 125 ° C, are largely independent of the ambient temperature.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß ein dritter Schalttransistor mit seiner Emitter- Kollektorstrecke in Reihe zur Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Schalttransistors und mit seiner Basis an dem Kollektor des ersten Schalttransistors liegt, wobei bei leitendem bzw. sperrendem ersten Schalttransistor der dritte Schalttransistor ebenfalls leitet bzw. sperrt und daß bei leitendem dritten Schalttransistor über dessen Emitter-Kollektorstrecke ein Anregungsstromimpuls auf das Bauelement fließt, der so groß ist, daß das Bauelement mechanisch überschwingt, wodurch an der Basis des ersten Schalttransistors ein Potential entsteht, das diesen sperrt, und daß danach über die Kollektor- Emitterstrecke des zweiten Schalttransistors ein Entladungsstromimpuls fließt, der so groß ist, daß das Bauelement in Gegenrichtung mechanisch überschwingt, wodurch an der Basis des ersten Schalttransistors ein Potential entsteht, das diesen wieder leitend schaltet.According to the invention, the above object is achieved in that a third switching transistor with its emitter Collector line in series to the collector-emitter line of the second switching transistor and with its base on the Collector of the first switching transistor is, with conductive or blocking first switching transistor third switching transistor also conducts or blocks and that when the third switching transistor is conductive via its Emitter-collector section on an excitation current pulse the component flows, which is so large that the Component mechanically overshoots, causing at the base of the first switching transistor, a potential arises that blocks this, and that afterwards via the collector Emitter path of the second switching transistor Discharge current pulse flows, which is so large that the Mechanical component overshoots in the opposite direction, whereby at the base of the first switching transistor Potential arises that switches it back on.
Die Schaltfrequenz der Schaltung, die der Tonfrequenz des Piezokeramik-Tongeber-Bauelements entspricht, ist hier weitgehend unabhängig von der elektrischen Kapazität des Bauelements. Denn das Schalten des ersten Schalttransistors und damit auch das Schalten der anderen Schalttransistoren ist von dem mechanischen Überschwingen des Bauelements und damit seinen piezoelektrischen Eigenschaften abhängig. Diese Eigenschaften sind kaum temperaturabhängig, so daß auch die Frequenz weitgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur ist. Da die Piezokeramik des Tongeber-Bauelements vergleichsweise stark, nämlich bis zum Überschwingen erregt wird, ist auch eine hohe und weitgehend temperaturunabhängige Tonamplitude erreicht.The switching frequency of the circuit, which corresponds to the audio frequency of the Piezoceramic sounder device is here largely independent of the electrical capacity of the Component. Because switching the first Switching transistor and thus the switching of the others Switching transistors is from mechanical overshoot of the component and thus its piezoelectric Properties dependent. These properties are hardly temperature-dependent, so that the frequency largely is independent of the ambient temperature. Since the Piezoceramic of the sounder component comparatively strong, namely until excited to overshoot also a high and largely temperature-independent Tone amplitude reached.
Der leitende dritte Schalttransistor ermöglicht den hohen Anregungsstromimpuls. Der dritte Schalttransistor reduziert in seinem gesperrten Zustand den Stromverbrauch der Schaltung.The conductive third switching transistor enables the high one Excitation current pulse. The third switching transistor reduces the power consumption in its locked state the circuit.
Die Schwingschaltung ist beispielsweise für Herdschaltuhren geeignet, die im Betrieb hohen Temperaturen, beispielsweise 110°C, ausgesetzt sind. Infolge des geringen Strombedarfs ist es möglich, die Schwingschaltung direkt an eine Steuerschaltung anzuschließen.The oscillation circuit is for example for Cooker timers suitable for high operating Temperatures, for example 110 ° C, are exposed. Due to the low power requirement, it is possible to Vibration circuit directly to a control circuit to connect.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt eine Schwingschaltung mit einem Piezokeramik-Tongeber- Bauelement.Advantageous refinements of the invention result from the subclaims and the following description of an embodiment. The figure shows one Vibration circuit with a piezoceramic tone generator Component.
Ein Piezokeramik-Tongeber-Bauelement (1) liegt einerseits an der Basis eines ersten Schalttransistors (T 1) und andererseits am Kollektor eines zweiten Schalttransistors (T 2). Die Emitter der Schalttransistoren (T 1, T 2) sind mit einem Anschlußpol (2) verbunden. Die Basis des zweiten Schalttransistors (T 2) ist über einen Widerstand (R 1) an den Kollektor des ersten Schalttransistors (T 1) angeschlossen. A piezoceramic sounder component ( 1 ) is located on the one hand at the base of a first switching transistor (T 1 ) and on the other hand at the collector of a second switching transistor (T 2 ). The emitters of the switching transistors (T 1 , T 2 ) are connected to a connection pole ( 2 ). The base of the second switching transistor (T 2 ) is connected to the collector of the first switching transistor (T 1 ) via a resistor (R 1 ).
Ein zweiter Anschlußpol (3) der Schaltung liegt über einen niederohmigen Vorwiderstand (R 2) an dem Emitter eines dritten Schalttransistors (T 3), dessen Kollektor am Kollektor des zweiten Schalttransistors (T 2) bzw. am Bauelement (1) liegt. Die Basis des dritten Schalttransistors (T 3) ist über einen Widerstand (R 3) mit dem Kollektor des ersten Schalttransistors (T 1) verbunden. Parallel zur Emitter-Basisstrecke des dritten Schalttransistors (T 3) liegt ein Widerstand (R 4).A second connection pole ( 3 ) of the circuit is connected via a low-impedance series resistor (R 2 ) to the emitter of a third switching transistor (T 3 ), the collector of which is connected to the collector of the second switching transistor (T 2 ) or to the component ( 1 ). The base of the third switching transistor (T 3 ) is connected to the collector of the first switching transistor (T 1 ) via a resistor (R 3 ). A resistor (R 4 ) is parallel to the emitter base section of the third switching transistor (T 3 ).
Zwischen dem Emitter des dritten Schalttransistors (T 3) und der Basis des ersten Schalttransistors (T 1) ist ein weiterer Widerstand (R 5) vorgesehen. Parallel zur Basis- Emitterstrecke des ersten Schalttransistors (T 1) ist eine in Sperrichtung gepolte Diode (D) geschaltet.Another resistor (R 5 ) is provided between the emitter of the third switching transistor (T 3 ) and the base of the first switching transistor (T 1 ). A diode (D) which is polarized in the reverse direction is connected in parallel with the base-emitter path of the first switching transistor (T 1 ).
Die beschriebene Schaltung aus den Transistoren (T 1 bis T 3) und den Widerständen (R 1 bis R 5) ist so dimensioniert, daß sich dann, wenn das Bauelement (1) nicht angeschlossen ist und an den Anschlußpolen (3, 2) Spannung liegt, ein stabiler Schaltzustand einstellt. Es fließt dann über die Widerstände (R 2, R 5) ein Basisstrom für den ersten Schalttransistor (T 1), der diesen leitend schaltet. Der zweite Schalttransistor (T 2) ist dabei über den Widerstand (R 1) gesperrt, wogegen der dritte Schalttransistor (T 3) über den Widerstand (R 3) leitend geschaltet ist. Ein anstelle des Bauelements (1) vorgesehener Kondensator könnte die Schaltung nicht aus diesem stabilen Zustand bringen.The circuit described from the transistors (T 1 to T 3 ) and the resistors (R 1 to R 5 ) is dimensioned so that when the component ( 1 ) is not connected and at the connection poles ( 3, 2 ) voltage is a stable switching state. A base current for the first switching transistor (T 1 ) then flows through the resistors (R 2 , R 5 ) and turns it on. The second switching transistor (T 2 ) is blocked via the resistor (R 1 ), whereas the third switching transistor (T 3 ) is turned on via the resistor (R 3 ). A capacitor provided instead of the component ( 1 ) could not bring the circuit out of this stable state.
Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltung mit angeschlossenem Bauelement (1) ist etwa folgende:The functioning of the circuit described with the connected component ( 1 ) is approximately as follows:
Der Anschlußpol (3) liegt an einer Steuerschaltung, beispielsweise einem Mikroprozessor, die zum Einschalten des Piezokeramik-Tongeber-Bauelements (1) (Summer) Spannung an die Anschlußpole (3, 2) legt. Diese Spannung ist zugleich Versorgungsspannung für die Schaltung.The connection pole ( 3 ) is connected to a control circuit, for example a microprocessor, which applies voltage to the connection poles ( 3, 2 ) in order to switch on the piezoceramic sounder component ( 1 ) (buzzer). This voltage is also the supply voltage for the circuit.
Nach dem Einschalten der Spannung sind die Schalttransistoren (T 1, T 3) leitend. Der Schalttransistor (T 2) ist gesperrt. Über den Vorwiderstand (R 2) und die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors (T 3) fließt auf das Bauelement (1) ein starker Anregungsstromimpuls. Die auf der Kapazität C o des Bauelements (1) beruhende Zeitkonstante R 2 C o ist gegenüber der durch den mechanisch-akustischen Aufbau des Bauelements (1) bedingten akustischen Schwingungsdauer vernachlässigbar.After switching on the voltage, the switching transistors (T 1 , T 3 ) are conductive. The switching transistor (T 2 ) is blocked. A strong excitation current pulse flows through the series resistor (R 2 ) and the emitter-collector path of the transistor (T 3 ) onto the component ( 1 ). The time constant R 2 C o based on the capacitance C o of the component ( 1 ) is negligible compared to the acoustic oscillation period caused by the mechanical-acoustic structure of the component ( 1 ).
Infolge des starken Anregungsstromimpulses schwingt das Bauelement (1) am Ende des Anregungsstromimpulses über diejenige statische Position über, die der angelegten Spannung entspricht. Bei der an das Überschwingen anschließenden Rückbewegung erzeugt das Bauelement (1) ein negatives Potential an der Basis des ersten Schalttransistors (T 1), so daß dieser sperrt. Dadurch wird über den Widerstand (R 1) der zweite Schalttransistor (T 2) leitend und der dritte Schalttransistor (T 3) sperrt.As a result of the strong excitation current pulse, the component ( 1 ) oscillates at the end of the excitation current pulse over that static position which corresponds to the applied voltage. During the return movement following the overshoot, the component ( 1 ) generates a negative potential at the base of the first switching transistor (T 1 ), so that it blocks. As a result, the second switching transistor (T 2 ) becomes conductive and the third switching transistor (T 3 ) blocks via the resistor (R 1 ).
Daraufhin fließt ein Entladungstromimpuls vom Bauelement über die Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Schaltransistors (T 2) und die Diode (D). Auch dabei tritt ein auf dem mechanischen Aufbau beruhendes Überschwingen des Bauelements (1) auf, dem ein entsprechendes Rückschwingen folgt. Bei diesem Rückschwingen entsteht ein positives Potential an der Basis des ersten Schalttransistors (T 1), so daß dieser wieder leitend wird. Der Schwingvorgang bleibt also aufrechterhalten bis die Versorgungsspannung abgeschaltet wird.A discharge current pulse then flows from the component via the collector-emitter path of the second switching transistor (T 2 ) and the diode (D) . An overshoot of the component ( 1 ) based on the mechanical structure also occurs in this case, which is followed by a corresponding swinging back. This backward oscillation creates a positive potential at the base of the first switching transistor (T 1 ) so that it becomes conductive again. The oscillation process is therefore maintained until the supply voltage is switched off.
Da der dritte Schalttransistor (T 3) sperrt, wenn der zweite Schalttransistor (T 2) leitet, ist die Stromaufnahme der Schwingschaltung gegenüber einem Fall erheblich reduziert, in dem anstelle der Emitter-Kollektorstrecke des dritten Schalttransistors (T 3) ein Widerstand vorgesehen wäre.Since the third switching transistor (T 3 ) blocks when the second switching transistor (T 2 ) conducts, the current consumption of the oscillating circuit is considerably reduced compared to a case in which a resistor would be provided instead of the emitter-collector path of the third switching transistor (T 3 ).
Der Widerstand (R 5) führt dazu, daß die Schwingschaltung beim Einschalten der Steuer- bzw. Versorgungsspannung sicher anspricht. Es ist jedoch auch möglich, die Schwingschaltung ohne den Widerstand (R 5) zu betreiben. In diesem Fall wird in dem obengenannten stabilen Zustand der Schaltung, in dem das Bauelement (1) nicht angeschlossen ist, der erste Schalttransistor (T 1) sperren und der zweite Schalttransistor (T 2) leiten. Bei angeschlossenem Bauelement (1) und Einschalten der Steuer- bzw. Versorgungsspannung erhält dann das Bauelement (1) über den dritten Schalttransistor (T 3) einen Impuls, der dazu führt, daß der erste Schalttransistor (T 1) leitend wird, so daß der zweite Schalttransistor (T 2), obwohl er an sich leitend würde, gesperrt wird.The resistor (R 5 ) causes the oscillating circuit to respond reliably when the control or supply voltage is switched on. However, it is also possible to operate the oscillation circuit without the resistor (R 5 ). In this case, in the above-mentioned stable state of the circuit, in which the component ( 1 ) is not connected, the first switching transistor (T 1 ) will block and the second switching transistor (T 2 ) will conduct. When the component ( 1 ) is connected and the control or supply voltage is switched on, the component ( 1 ) then receives a pulse via the third switching transistor (T 3 ), which leads to the first switching transistor (T 1 ) becoming conductive, so that the second switching transistor (T 2 ), although it would be conductive, is blocked.
Claims (5)
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