JP2000235395A - トランスデューサ装置 - Google Patents

トランスデューサ装置

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電または類似のトランスデューサ装置のエ
ネルギー効率を簡単に最適化するために、制御回路によ
って励振可能な発振回路を用いる圧電または類似のトラ
ンスデューサ装置を提供すること。 【解決手段】 本発明は、制御回路12によって励振可
能な発振回路11を用いる圧電トランスデューサ等のた
めのトランスデューサ装置を提供するものである。制御
回路12は、発振回路11を励振させるために、好まし
くはH型に構成されたインバータバッファを備えるフリ
ップフロップ13を介して交流電圧Veを生成する。電
圧Veは、ベースを介してフリップフロップ13の出力
端13bに、かつ、エミッタを介して発振回路11の端
子に結合される2つのトランジスタT1,T2を含む位
相制御回路14によって、トランスデューサ10を通過
する交流操作電流iと同期が保たれる。制御回路12と
トランスデューサ10とは、ただ2本のワイヤ15,1
6を用いて接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発振回路およびこ
の発振回路を励振する制御回路を有するトランスデュー
サを備えるトランスデューサ装置に関する。制御回路
は、励振周波数と同じ周波数のほぼ正弦波の交流操作電
流が発振回路を通過するように決定された周波数の交流
励振電圧を発振回路へ出力する交流電圧発生回路を備え
ている。
【0002】
【従来の技術】このタイプの従来の圧電トランスデュー
サ装置では、励振周波数が発振回路の共振電圧の周波数
とは異なる。その結果、発振回路を通る電流は励振電圧
と同相でないので、トランスデューサはその最大効率状
態で使用されない。圧電トランスデューサの共振周波数
は、たとえばプラス・マイナス1.5%程度に、かなり
大幅に変動することがあり得るので、固定周波数の発振
器を用いてこれを励振させようとすることは不可能であ
ろう。さらに、従来のトランスデューサ装置では、復帰
信号が必要でない時に、トランスデューサ装置が2本の
ワイヤを通して制御回路に接続され、復帰信号が必要な
時には3本の電線を介して接続される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
タイプの圧電または類似のトランスデューサ装置のエネ
ルギー効率を簡単に最適化することにある。さらに、こ
のトランスデューサ装置は、トランスデューサとその制
御回路の間でただ2本の接続線のみを用いてこのタイプ
の最適化を可能にするようにも設計される。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のトランスデューサ装置の交流電圧発生回路
は、交流操作電流が符号を変えた時に状態を変えるよう
に制御回路に結合されたフリップフロップであることを
特徴とする。
【0005】制御回路は好ましくは交流励振電圧を交流
操作電流と同位相にする回路を含む。この回路は、交流
操作電流が符号を変えた時に切り替わるフリップフロッ
プへの入力端へ制御信号を出力するために、発振回路の
共振周波数のレベルに励振周波数を調節するように、発
振回路およびフリップフロップへの入力端に接続され
る。発振回路と制御回路の間の接続は、好ましいこと
に、ただ2本のワイヤだけを用いて形成される。トラン
スデューサの放射水準を調節するための抵抗器を、これ
らのワイヤの一方に介挿してもよい。
【0006】非常に簡単な一実施形態において、制御回
路は、少なくとも1対の電力トランジスタを含み、これ
らのトランジスタのベース電流が操作電流をぼぼ形成
し、かつ、トランジスタのコレクタ電流がフリップフロ
ップの入力端に周期パルスを生成して、前記フリップフ
ロップ用の制御信号を形成するように、トランジスタの
ベースはフリップフロップの出力端に、エミッタは発振
回路に、かつ、コレクタはそれぞれダイオードを介して
逆並列接続されたフリップフロップの入力端に接続され
る。
【0007】フリップフロップは、H構造を形成するよ
うに構成され、このH構造は前記発振回路(11)に対
して積重配置されたインバータバッファを含むのが好ま
しい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施形態について説明する。
【0009】図に示されるトランスデューサ装置は、直
列発振回路11及び制御回路12と共にトランスデュー
サデバイス10を備えた圧電型のトランスデューサ装置
である。このトランスデューサ装置はブザー用として使
用可能なものであり、直列発振回路11は概ねRLC直
列回路およびこの直列回路と並列接続されたコンデンサ
C0によって形成されるアセンブリと同じであるとみな
すことができる。
【0010】制御回路12は、同一周波数の正弦交流操
作電流iが発振回路を通るように所定周波数Fの交流励
振電圧Veを発振回路11に出力する交流電圧発生回路
13を含む。発振回路11の共振周波数はF0である。
【0011】電圧発生回路13は、好ましくは、二重プ
ッシュプル作動し電源電圧Vddの2倍に等しい有用な交
流電圧Veを発振回路端子に発生するH型構造のもので
ある。このH型構造は、その一方の出力端13aが発振
回路11に接続されるループ抵抗器R1を備えたフリッ
プフロップとして構成される。
【0012】第二に、制御回路12は、交流励振電圧V
eの前端が操作電流iのゼロ通過点と一致するように、
フリップフロップと組み合わされた制御回路として作用
する、交流励振電圧Veを交流操作電流iと同位相にす
る位相制御回路14を含む。この構造設計の結果とし
て、電圧Veの励起周波数Fが発振回路の共振周波数F
0に等しくなる。
【0013】位相制御回路14の一方の入力端14aは
発振回路11の端子11bに接続され、別の入力端14
bはフリップフロップ13の出力端13bに接続され、
出力端14cはフリップフロップ13の入力端13cに
接続されている。フリップフロップ13の出力端13a
は、発振回路11の別の端子11aに接続されている。
本装置の興味深い特性によれば、発振回路11には2つ
の端子11a,11bが存在し、これらは、制御回路1
2における端子13a,14aへただ2本のワイヤ1
5,16によって接続されていることに注意されたい。
【0014】図2から分かるように、位相制御回路14
は、1対の反転npn型およびpnp型のトランジスタ
T1,T2を含むのが好ましく、これらトランジスタの
エミッタは共通点16を通り、ゲイン調節抵抗器R4を
介して発振回路の端子11bに接続される。トランジス
タT1,T2のコレクタは、反対極性のダイオードD
1,D2を介して共通点17に接続され、共通点17は
抵抗器R3を介してフリップフロップ13の入力端13
cに接続される。トランジスタT1,T2のベースは、
フリップフロップの出力端13bに共通に接続される。
従って、フリップフロップ13は、トランジスタのベー
ス・エミッタ回路を介して発振回路の端子11bに接続
され、トランジスタのコレクタはフリップフロップ入力
にループされる。
【0015】図8に示す実施形態において、フリップフ
ロップ13はスタータ発振器をも含んでいる。このスタ
ータ発振器は2つのCMOSインバータバッファ20,
21を含み、バッファ20の出力端とバッファ21の入
力端との間に位置する両者の中間点Eはインバータバッ
ファ23を介してトランスデューサ10に接続される。
インバータ21の出力端13bはインバータバッファ2
4を介してトランジスタT1,T2のベースに接続され
る。インバータバッファ23,24の役割は分離と増幅
である。中間点Eは抵抗器R1を介して、直列接続され
た抵抗器R2とコンデンサC1との間の中間点に接続さ
れる。抵抗器R2とコンデンサC1との直列回路はイン
バータバッファ20,21に対して並列接続され、さら
に抵抗器R2とコンデンサC1との直列回路に対してコ
ンデンサC2が並列に接続されている。初めに、フリッ
プフロップ13は発振回路の共振周波数F0よりも僅か
に低い周波数で発振し、その後で、作動中に周波数F0
まで増大する。
【0016】抵抗器R1およびコンデンサC1は、スタ
ータ発振器の周波数を特定し、コンデンサC2はその転
換速度を上昇させる。点17とフリップフロップ13と
の間に配置された抵抗器R3はトランジスタT1,T2
のベース・コレクタ接合の容量性効果を制限する。トラ
ンスデューサ10とトランジスタT1,T2のエミッタ
の共通点18との間に配置された抵抗器R4はトランス
デューサ10の音量を調節するために用いられる。この
音量は、電源電圧Vddを調整することによっても調節可
能である。発振回路11を制御するために、数個のイン
バータバッファを並列接続することができる。
【0017】さて、図3から図7を参照して、本発明に
よるトランスデューサ装置の動作について説明する。
【0018】交流操作電流iは、時点tにおいて、図
3に示す方向に発振回路を通過し、この電流を正電流と
みなすものとする。位相制御回路14の出力端は比較的
高インピーダンスの負荷に接続されているので、トラン
ジスタT2のコレクタ電流は、トランジスタT2のベー
ス電流Ibに比較すると小さく、したがって、交流操作
電流iはほぼ電流Ibに等しく、トランジスタT1はブ
ロックされる。したがって、回路14の出力端14cに
おいて得られる信号Sは未決定状態にあり、したがっ
て、発振回路11の励振電圧Veは正であり、その符号
は交流操作電流iの符号と同じである。
【0019】時点t(図4および図7参照)におい
て、交流操作電流iがゼロ点を通過すると符号が変わ
り、その結果、コレクタ電流Icによって出力信号Sを
ハイの状態(1)にする。それにより、フリップフロッ
プ13は、交流操作電流iと同時に負となる電圧Veを
出力する。
【0020】時点t(図5および図7参照)まで、信
号Sの状態は未決定であり、電圧Veは負のままであ
る。時点t(図6および図7参照)において、交流操
作電流iがゼロ点を通過して正となり、信号Sがロー状
態(0)に変わる。それによりフリップフロップ13
は、交流操作電流iと同時に正となる電圧Veを出力す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるトランスデューサ装置の全体構成
図である。
【図2】本発明の好ましい一実施形態を示す回路接続図
である。
【図3】制御回路の動作を操作位相との関係で説明する
説明図である。
【図4】制御回路の動作を操作位相との関係で説明する
説明図である。
【図5】制御回路の動作を操作位相との関係で説明する
説明図である。
【図6】制御回路の動作を操作位相との関係で説明する
説明図である。
【図7】制御回路に特有の大きさの異なる変動を示す図
である。
【図8】スタータ発振器の用いたトランスデューサ装置
の回路接続図である。
【符号の説明】
10 トランスデューサ 11 直列発振器 12 制御回路 13 電圧発生回路 14 位相制御回路

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振回路(11)およびこの発振回路を励
    振する制御回路(12)を有するトランスデューサ(1
    0)を備えるトランスデューサ装置であって、前記制御
    回路(12)は、励振周波数と同じ周波数(F)のほぼ
    正弦波の交流操作電流(i)が前記発振回路(11)を
    通過するように決定された周波数の交流励振電圧(V
    e)を前記発振回路(11)へ出力する交流電圧発生回
    路(13)を備えたトランスデューサ装置において、前
    記交流電圧発生回路(13)は前記交流操作電流(i)
    が符号を変えた時に状態を変えるように前記制御回路
    (14)に結合されたフリップフロップであることを特
    徴とするトランスデューサ装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のトランスデューサ装置に
    おいて、前記制御回路(14)は前記交流励振電圧(V
    e)を前記交流操作電流(i)と同位相にする回路を形
    成し、この回路は、前記交流操作電流が符号を変えた時
    に切り替わるフリップフロップ(13)への入力端へ制
    御信号(S)を出力するために、前記発振回路(11)
    の共振周波数(F0)のレベルに前記励振周波数(F)
    を調節するように、前記発振回路(11)およびフリッ
    プフロップ(13)への入力端に接続されることを特徴
    とするトランスデューサ装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載のトランスデューサ装置に
    おいて、前記制御回路(14)は少なくとも1対の電力
    トランジスタ(T1、T2)を含み、これらのトランジ
    スタのベース電流が前記操作電流(i)をぼぼ形成し、
    かつ、前記トランジスタのコレクタ電流が前記フリップ
    フロップの入力端(13c)に周期パルスを生成して、
    前記フリップフロップ用の制御信号(S)を形成するよ
    うに、前記トランジスタのベースは前記フリップフロッ
    プ(13)の出力端(13b)に、エミッタは前記発振
    回路(11)に、かつ、コレクタはそれぞれダイオード
    (D1,D2)を介して逆並列接続されたフリップフロ
    ップ(13)の入力端(13c)に接続されることを特
    徴とするトランスデューサ装置。
  4. 【請求項4】請求項1に記載のトランスデューサ装置に
    おいて、前記フリップフロップ(13)はH構造を形成
    するように構成され、このH構造は前記発振回路(1
    1)に対して積重配置されたインバータバッファを含む
    ことを特徴とするトランスデューサ装置。
  5. 【請求項5】請求項1に記載のトランスデューサ装置に
    おいて、前記発振回路(11)は2本のワイヤ(15,
    16)を介して前記制御回路(12)に接続されること
    を特徴とするトランスデューサ装置。
  6. 【請求項6】請求項1に記載のトランスデューサ装置に
    おいて、前記フリップフロップ(13)はスタータ発振
    器を形成するように構成されることを特徴とするトラン
    スデューサ装置。
  7. 【請求項7】請求項1に記載のトランスデューサ装置に
    おいて、前記トランスジューサ(10)を前記制御手段
    (14)へ接続するワイヤ(16)中にトランスジュー
    サ放射レベル調節抵抗器(R4)が配置されることを特
    徴とするトランスデューサ装置。
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