FR2618033A1

FR2618033A1 - OSCILLATOR MOUNTING WITH A PIEZOCERAMIC VIBRATOR ELEMENT

Info

Publication number: FR2618033A1
Application number: FR8807392A
Authority: FR
Inventors: Henry Fluhrer; Erwin Potthof
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1987-06-06
Filing date: 1988-06-03
Publication date: 1989-01-13
Anticipated expiration: 2008-06-03
Also published as: GB8813326D0; GB2205702B; FR2618033B1; GB2205702A; DE3719002C1

Abstract

Dans un montage oscillateur avec un élément vibreur piézocéramique 1 ledit élément est connecté entre la base d'un premier transistor de commutation T1 et le collecteur d'un deuxième transistor de commutation T2. Un troisième transistor de commutation T3 est disposé en série avec le système collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation T2. Il conduit ou se bloque en même temps que le premier. A travers ledit transistor de commutation T3 l'élément vibreur 1 reçoit une impulsion énergique de courant d'activation, et effectue mécaniquement une suroscillation et le premier transistor de commutation T1 se bloque. L'élément 1 se décharge ensuite à travers le deuxième transistor de commutation T2 et ceci détermine le rétablissement de la conduction du premier transistor de commutation T1.In an oscillator assembly with a piezoceramic vibrator element 1, said element is connected between the base of a first switching transistor T1 and the collector of a second switching transistor T2. A third switching transistor T3 is arranged in series with the collector-emitter system of the second switching transistor T2. It drives or locks up at the same time as the first. Through said switching transistor T3 the vibrator element 1 receives an energetic pulse of activation current, and mechanically performs an overshoot and the first switching transistor T1 is blocked. Element 1 then discharges through the second switching transistor T2 and this determines the reestablishment of conduction of the first switching transistor T1.

Description

Montage oscillateur avec un élment vibreur piézocéraniigue L'inventionOscillator mounting with a piezoceranic vibrating element The invention

concerne un montage oscillateur avec un élément piézocéramique générateur de tonalité ou vibreur raccordé d'une part à la base d'un premier transistor de commutation et d'autre part au collecteur d'un deuxième transistor de commutation, avec un couplage de contre-réaction entre le collecteur dudit premier transistor et la base du deuxième transistor, o les deux transistors conduisent et se bloquent & tour de rôle, l'élément piézocéramique étant parcouru alternativement par une impulsion de courant positive concerns an oscillator assembly with a piezoceramic tone generator or vibrator element connected on the one hand to the base of a first switching transistor and on the other hand to the collector of a second switching transistor, with a feedback coupling between the collector of said first transistor and the base of the second transistor, where the two transistors conduct and block & in turn, the piezoceramic element being traversed alternately by a positive current pulse

et par une impulsion de courant négative. and by a negative current pulse.

Un tel montage est décrit sous le nom de "Heegner-Schaltung" (Montage de Heegner) sous le titre "Les quartz vibreurs, élément de construction non négligeable dans l'électronique" dans ZVEI, Vistas Verlag, Berlin 1985, pages 61 à 66. Il est apparu qu'un élément générateur de tonalité piézocéramique (vibreur), lorsqu'il est utilisé avec un tel montage déjà connu, dans une plage de températures de 0'C à Such an arrangement is described under the name of "Heegner-Schaltung" (Heegner assembly) under the title "Vibrating quartz, a significant construction element in electronics" in ZVEI, Vistas Verlag, Berlin 1985, pages 61 to 66 It has appeared that a piezoceramic tone generator element (vibrator), when used with such an assembly already known, in a temperature range of 0 ° C. to

125'C, ne fournit ni une fréquence acoustique ni une. 125'C, provides neither an acoustic frequency nor a.

puissance sonore constantes. Ceci peut être attribue au fait qu'avec le montage précité, la fréquence de constant sound power. This can be attributed to the fact that with the above arrangement, the frequency of

résonance obtenue dépend principalement de la capacité. resonance obtained mainly depends on the capacity.

électrique -de l'élément vibreur piézocéramique. Ledit montage de Heegner oscille également si l'élément est remplacé par un condensateur électrique. La capacité dudit élément piézocéramique croît avec la température electric - from the piezoceramic vibrating element. Said Heegner assembly also oscillates if the element is replaced by an electric capacitor. The capacity of said piezoceramic element increases with temperature

et la fréquence varie en conséquence. and the frequency varies accordingly.

Il est apparu en outre qu'avec des éléments vibreurs piézocéramiques ayant une capacité relativement grande, de 20 HF par- exemple, et une fréquence relativement basse, par exemple 2 kHz, on n'obtient pas un fonctionnement fiable car l'amorçage des oscillations du montage de Heegner est It has also appeared that with piezoceramic vibrating elements having a relatively large capacity, for example 20 HF and a relatively low frequency, for example 2 kHz, reliable operation is not obtained since the initiation of the oscillations of Heegner's montage is

problématiqueet il se produit des sautes de fréquence. problematic and frequency hopping occurs.

L'objet de la présente invention est de proposer un montage oscillateur du genre décrit dans le préambule avec lequel, en particulier dans le domaine des températures de 0'C & 125'C, la fréquence sonore et la puissance sonore sont, dans une grande mesure, The object of the present invention is to provide an oscillator arrangement of the type described in the preamble with which, in particular in the range of temperatures from 0 ° C. to 125 ° C., the sound frequency and the sound power are, to a large extent measured,

indépendantes de la température ambiante. independent of ambient temperature.

Selon la présente invention ce problème est résolu avec l'utilisation d'un troisième transistor de commutation dont le circuit émetteur- collecteur est en série avec le circuit collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation et dont la base est reliée au - collecteur du premier transistor de commutation, de sorte que lorsque le premier transistor de commutation est conducteur ou bloqué, il en est de même du troisième transistor qui prend aussi les états correspondants, et lorsque le troisième transistor se débloque, par son circuit émetteur-collecteur il envoie à l'élément piézocéramique une impulsion d'activation According to the present invention this problem is solved with the use of a third switching transistor whose emitter-collector circuit is in series with the collector-emitter circuit of the second switching transistor and whose base is connected to the - collector of the first switching transistor, so that when the first switching transistor is conductive or blocked, it is the same for the third transistor which also takes the corresponding states, and when the third transistor is unblocked, by its emitter-collector circuit it sends to the piezoceramic element an activation pulse

d'amplitude telle que celui-ci se trouve sollicité au- of such amplitude that it is called upon

delà de son état d'équilibre mécanique et, sur la base du premier transistor de commutation, il apparaît de ce fait un potentiel qui bloque celui-ci et il s'écoule ensuite, par le circuit collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation, une impulsion de courant de décharge suffisamment énergique pour que l'élément piézocéramique se trouve renvoyé du c6té opposé par rapport à son état d'équilibre, de sorte que sur la base du premier transistor de commutation, il apparaît beyond its state of mechanical equilibrium and, on the basis of the first switching transistor, there therefore appears a potential which blocks the latter and it then flows through the collector-emitter circuit of the second switching transistor, a sufficiently strong discharge current pulse for the piezoceramic element to be returned from the opposite side with respect to its equilibrium state, so that on the basis of the first switching transistor, it appears

une tension qui le rend de nouveau conducteur. a voltage that makes it new conductor.

La fréquence de commutation du montage, qui correspond à la fréquence sonore de l'élément vibreur piézocéramique, est ici indépendante dans une grande mesure de la capacité électrique dudit élément. En effet, la commutation du premier transistor, ainsi que celle des autres transistors, dépendent des suroscillations mécaniques de l'élément, donc de ses The switching frequency of the assembly, which corresponds to the sound frequency of the piezoceramic vibrating element, is here largely independent of the electrical capacity of said element. Indeed, the switching of the first transistor, as well as that of the other transistors, depend on the mechanical overshoots of the element, therefore on its

caractéristiques piézoélectriques. Ces caractéris- piezoelectric characteristics. These characteristics

tiques ne sont guère influencées par la température, de sorte que la fréquence est également indépendante, dans une grande mesure, de la température. Comme la céramique piézoélectrique de l'élément vibreur est soumise & une excitation relativement intense, au point de déterminer une suroscillation, on obtient aussi une puissance sonore élevée et indépendante, dans une ticks are hardly influenced by temperature, so the frequency is also largely independent of temperature. As the piezoelectric ceramic of the vibrating element is subjected to a relatively intense excitation, to the point of determining an over-oscillation, a high and independent sound power is also obtained, in a

grande mesure, de la température.great measure of temperature.

La conduction du troisième transistor de commutation permet d'appliquer une impulsion de courant d'activation élevé. Lorsque ce troisième transistor est The conduction of the third switching transistor makes it possible to apply a pulse of high activation current. When this third transistor is

bloqué, il réduit le courant absorbé par le montage. blocked, it reduces the current absorbed by the assembly.

Ce montage oscillateur convient par exemple pour des minuteries de commande de fours, qui se trouvent exposées en service à des températures élevées, de 'C par exemple. Du fait de la faible consommation de courant, ce montage oscillateur peut être raccordé This oscillator assembly is suitable for example for oven control timers, which are exposed in service to high temperatures, for example 'C. Due to the low current consumption, this oscillator assembly can be connected

directement à un circuit de commande. directly to a control circuit.

Des réalisations intéressantes de la présente Interesting achievements of this

invention découlent de la description ci-dessous d'un invention arise from the description below of a

exemple de réalisation. La figure représente un montage-oscillateur avec un élément vibreur piézoceramique. Un élément vibreur piézocéramique 1 est relié d'une part à la base d'un premier transistor de commutation T1 et d'autre part au collecteur d'un deuxième transistor de commutation T2. Les émetteurs des transistors de commutation T1, T2 sont reliés & l'une des polarités d'alimentation 2. La base du deuxième transistor de commutation T2 est raccordée au collecteur du premier transistor de commutation T1 à example of realization. The figure shows an oscillator assembly with a piezoceramic vibrating element. A piezoceramic vibrating element 1 is connected on the one hand to the base of a first switching transistor T1 and on the other hand to the collector of a second switching transistor T2. The emitters of the switching transistors T1, T2 are connected to one of the supply polarities 2. The base of the second switching transistor T2 is connected to the collector of the first switching transistor T1 at

travers une résistance R1.through a resistor R1.

Une deuxième polarité d'alimentation 3 du montage est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance série R2 de faible valeur ohmique, & l'émetteur d'un troisième transistor de commutation T3 de structure inverse de celle des deux premiers, dont le collecteur est connecté au collecteur du deuxième transistor de commutation T2 et par conséquent à l'élément vibreur 1. La base du troisième transistor de commutation T3 est reliée, par l'intermédiaire d'une rsistance R3 au collecteur du premier transistor de commutation T1. Une résistance R4 est connectée en parallèle avec la Jonction émetteur-base du troisième A second supply polarity 3 of the circuit is connected, via a series resistance R2 of low ohmic value, & the emitter of a third switching transistor T3 of structure opposite to that of the first two, the collector is connected to the collector of the second switching transistor T2 and therefore to the vibrating element 1. The base of the third switching transistor T3 is connected, via a resistor R3 to the collector of the first switching transistor T1. A resistor R4 is connected in parallel with the emitter-base junction of the third

transistor de commutation T3.switching transistor T3.

Une autre résistance R5 est prévue entre l'émetteur du troisième transistor de commutation T3 et la base du premier transistor de commutation T1. En parallèle avec la jonction base-émetteur du premier transistor de commutation T1 est connectée une diode D Another resistor R5 is provided between the emitter of the third switching transistor T3 and the base of the first switching transistor T1. In parallel with the base-emitter junction of the first switching transistor T1 is connected a diode D

orientée en sens inverse.oriented in reverse.

Le montage décrit ci-dessus, comprenant les transistors T1 à T3 et les résistances RI à R5 est dimensionné de telle manière, que lorsque l'élément vibreur 1 n'est pas raccordé et qu'une tension est présente sur les bornes d'alimentation 3, 2, il s'établit un état stable. Par les résistances R2 et R5 passe alors un courant de base pour le premier transistor de commutation Tl et celui-ci est ainsi rendu conducteur. Le deuxième transistor de commutation T2 se trouve alors bloqué à travers la résistance RI, tandis que le troisième transistor de commutation T3 est maintenu conducteur par l'intermédiaire de la résistance R3. Un condensateur qui serait prévu en lieu et place de l'élément vibreur 1 ne pourrait pas The assembly described above, comprising the transistors T1 to T3 and the resistors RI to R5 is dimensioned in such a way that when the vibrating element 1 is not connected and a voltage is present on the supply terminals 3, 2, a stable state is established. The resistors R2 and R5 then pass a basic current for the first switching transistor T1 and this is thus made conductive. The second switching transistor T2 is then blocked through the resistor RI, while the third switching transistor T3 is kept conductive via the resistor R3. A capacitor which would be provided in place of the vibrating element 1 could not

perturber cet état stable du montage. disturb this stable state of assembly.

Le mode de fonctionnement du montage décrit ci- The operating mode of the assembly described below

dessus, lorsque l'élément vibreur 1 est en place, pourrait être décrit comme suit: La borne d'alimentation 3 est reliée à un montage de commande, par exemple & un microprocesseur qui, pour enclencher l'élément piézocéramique 1 (vibreur), applique une tension aux bornes de raccordement 3, 2. Cette même tension constitue above, when the vibrating element 1 is in place, could be described as follows: The power supply terminal 3 is connected to a control assembly, for example & a microprocessor which, to activate the piezoceramic element 1 (vibrating), applies a voltage to connection terminals 3, 2. This same voltage constitutes

également la tension d'alimentation du montage. also the supply voltage of the assembly.

Après l'enclenchement de la tension les After switching on the voltage

transistors de commutation T1 et T3 sont conducteurs. switching transistors T1 and T3 are conductive.

Le transistor de commutation T2 est bloqué. Une forte impulsion d'activation arrive sur l'élément 1 par la résistance série R2 et le système émetteur-collecteur du transistor T3. La constante de temps R2Co déterminée par la capacité Co de l'élément 1 est négligeable comparativement à la durée de la période de l'oscillation acoustique, déterminée par la structure mécano-acoustique de l'élément 1. Du fait de l'intensité de l'impulsion d'activation, l'élément 1 effectue une "suroscillation", a la fin de l'impulsion de courant d'activation il dépasse la position d'équilibre statique qui correspond à la valeur de la tension appliquée. Lors du mouvement de retour qui fait suite à la suroscillation, l'élément 1 engendre un potentiel négatif appliqué à la base du premier transistor de commutation T1, de sorte que celui-ci se bloque. Le deuxième transistor de commutation T2 est alors débloqué à travers la résistance Rl, il conduit et le The switching transistor T2 is blocked. A strong activation pulse arrives on element 1 through the series resistor R2 and the emitter-collector system of the transistor T3. The time constant R2Co determined by the capacitance Co of the element 1 is negligible compared to the duration of the period of the acoustic oscillation, determined by the mechano-acoustic structure of the element 1. Due to the intensity of the activation pulse, element 1 performs an "overshoot", at the end of the activation current pulse it exceeds the static equilibrium position which corresponds to the value of the applied voltage. During the return movement which follows the over-oscillation, the element 1 generates a negative potential applied to the base of the first switching transistor T1, so that the latter is blocked. The second switching transistor T2 is then released through the resistor Rl, it conducts and the

troisième transistor de commutation T3 se bloque. third switching transistor T3 is blocked.

Une impulsion de courant de décharge de l'élément 1 s'écoule alors à travers le système collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation T2 et à travers la diode D. Là aussi, du fait de la structure mécanique, il se produit une suroscillation mécanique de.l'élément 1, suivie d'une oscillation en retour. Au cours de cette oscillation en retour c'est une tension positive qui apparaît sur la base du premier transistor de commutation T1, de sorte que celui-ci redevient conducteur. Le régime oscillatoire persiste ainsi jusqu'à la coupure de la A discharge current pulse from element 1 then flows through the collector-emitter system of the second switching transistor T2 and through diode D. Again, due to the mechanical structure, there is an overshoot. mechanics of element 1, followed by a backward oscillation. During this return oscillation, a positive voltage appears on the base of the first switching transistor T1, so that the latter becomes conductive again. The oscillatory regime thus persists until the

tension d'alimentation.supply voltage.

Comme le troisième transistor de commutation T3 se bloque lorsque le deuxième transistor de commutation T2 est conducteur, la consommation. de courant du montage oscillateur se trouve considérablement réduite, comparativement au cas o une simple résistance aurait été prévue au lieu du système émetteur-collecteur du As the third switching transistor T3 turns off when the second switching transistor T2 is conductive, consumption. current of the oscillator assembly is considerably reduced compared to the case where a simple resistance would have been provided instead of the emitter-collector system

troisième transistor de commutation T3. third switching transistor T3.

La résistance R5 garantit le déclenchement des oscillations du montage oscillateur lorsqu'on enclenche la tension de commande, qui est également la tension d'alimentation. Il est cependant possible aussi d'utiliser le montage oscillateur sans la résistance R5. Dans ce cas, lorsque le montage est dans son état stable décrit précédemment et que l'élément 1 n'est pas raccordé, c'est le premier transistor de commutation T1 qui va se trouver bloqué et c'est le deuxième transistor de commutation T2 qui sera conducteur. Avec l'élément 1, raccordé et au moment de l'enclenchement de la tension de commande et d'alimentation, ledit élément 1 reçoit une impulsion à travers le troisième The resistor R5 guarantees the triggering of the oscillations of the oscillator assembly when the control voltage is activated, which is also the supply voltage. However, it is also possible to use the oscillator assembly without the resistor R5. In this case, when the assembly is in its stable state described above and the element 1 is not connected, it is the first switching transistor T1 which will be blocked and it is the second switching transistor T2 who will be a driver. With element 1, connected and at the moment of switching on the control and supply voltage, said element 1 receives a pulse through the third

transistor de commutation T3, de sorte que le premier. switching transistor T3, so the first.

transistor de commutation T1 devient conducteur, déterminant ainsi le blocage du deuxième transistor de commutation T2, bien que ce dernier, sans cela, eut été switching transistor T1 becomes conductive, thereby determining the blocking of the second switching transistor T2, although the latter, otherwise, would have been

normalement conducteur.normally conductive.

Claims

1. Oscillator mounting with a piezoceramic acoustic frequency generator element, connected between the base-emitter junction of a first

switching transistor and the collector system

emitter of a second switching transistor, with a feedback coupling between the collector of said first transistor and the base of said second transistor, o the two switching transistors conduct and block & in turn 'and o said element is traversed alternately by a positive current pulse and by a negative current pulse, characterized by the fact that the circuit comprises a third switching transistor (TS) whose emitter-collector system is in series with the collector-emitter system of the second transistor switching (T2) and whose base is connected to the collector of the first switching transistor <T1), so that when said first transistor (T1) is conductive or it is blocked it is the same for said third transistor (T3 ) and when the latter is conductive, it lets pass to the piezoceramic element (1) an amplitude activation current pulse such as said

element (1) performs mechanical overshoot-

determining- on the basis of the first transistor (T1) the appearance of a potential which blocks it, after which a pulse of discharge current flows through the collector-emitter circuit of the second switching transistor (T2) sufficiently intense to cause a mechanical overshoot of the element (1) in the opposite direction with the appearance on the base of the first transistor (T1) of a potential which makes it

new driver.

2. oscillator assembly according to claim 1, characterized in that in parallel with the base-emitter junction of the first switching transistor (T1) is connected a diode (D) leaving

pass the discharge current pulse.

3. Oscillator mounting according to any one

of claims 1 and 2, characterized in that

that between the base of the first switching transistor (T1) and one of the supply polarities (3) is disposed a resistor (R5). which, when the oscillator circuit is engaged, controls the conduction of the first

switching transistor (T1).

4. Oscillator mounting according to any one

of the preceding claims, characterized in that

between the collector of the first switching transistor (T1> and the base of the third switching transistor

switching (T3) a resistor (R3) is provided.

5. Oscillator mounting according to any one

of the preceding claims, characterized in that

between the collector of the first switching transistor (T1) and the base of the second switching transistor

switching (T2) is arranged a resistor (R1).