JPS6117363B2 - - Google Patents

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JPS6117363B2
JPS6117363B2 JP11311378A JP11311378A JPS6117363B2 JP S6117363 B2 JPS6117363 B2 JP S6117363B2 JP 11311378 A JP11311378 A JP 11311378A JP 11311378 A JP11311378 A JP 11311378A JP S6117363 B2 JPS6117363 B2 JP S6117363B2
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JP
Japan
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piezoelectric element
circuit
phase
impedance
self
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JP11311378A
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Japanese (ja)
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Inventor
Shunichi Wada
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧電素子の最低固有振動数で安定に
発振する自励発振回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a self-excited oscillation circuit that stably oscillates at the lowest natural frequency of a piezoelectric element.

第1図は従来の自励発振回路の一例を示す。図
において、1は正相増巾器、2,4はコンデン
サ、3,5は抵抗器である。
FIG. 1 shows an example of a conventional self-oscillation circuit. In the figure, 1 is a positive phase amplifier, 2 and 4 are capacitors, and 3 and 5 are resistors.

第1図はターマン型発振器と呼ばれるもので、
抵抗器3及びコンデンサ2で入力Viaと出力V2
の間へ接続された進相帰還回路を構成すると共
に、抵抗5及びコンデンサ4で入力Viaへ接続さ
れた遅相帰還回路を構成し、正相増巾器1の出力
V2から、入力Viaへの帰還回路の位相伝達特性の
零となる周波数を選択して発振させ零位相選択型
発振回路を構成するものである。第2図に圧電素
子の等価回路を示す。図において、6は圧電素子
であり、21,24,25はコンデンサ、23は
コイル、22,26は抵抗である。第2図に示
した圧電素子は、第2図に示すように抵抗2
2、コンデンサ24,コイル23の直列回路と、
コンデンサ21との並列回路で表わされる。さら
にこの等価回路は共振時には、第2図に示すよ
うなコンデンサ21と抵抗22との並列回路、又
は第2図で示すようなコンデンサ25と抵抗2
6との直列回路で表わされる。
Figure 1 shows what is called a Terman type oscillator.
The resistor 3 and capacitor 2 constitute a leading phase feedback circuit connected between the input Via and the output V 2 , and the resistor 5 and capacitor 4 constitute a slow phase feedback circuit connected to the input Via. Output of phase amplifier 1
From V2 , a frequency at which the phase transfer characteristic of the feedback circuit to the input Via becomes zero is selected and oscillated to form a zero phase selection type oscillation circuit. FIG. 2 shows an equivalent circuit of a piezoelectric element. In the figure, 6 is a piezoelectric element, 21, 24, 25 are capacitors, 23 is a coil, and 22, 26 are resistors. The piezoelectric element shown in FIG. 2 has a resistance of 2 as shown in FIG.
2. A series circuit of a capacitor 24 and a coil 23;
It is represented by a parallel circuit with a capacitor 21. Furthermore, at the time of resonance, this equivalent circuit is a parallel circuit of a capacitor 21 and a resistor 22 as shown in FIG. 2, or a capacitor 25 and a resistor 2 as shown in FIG.
It is represented by a series circuit with 6.

第3図は、圧電素子のインピーダンスと位相の
周波数特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the impedance and phase frequency characteristics of the piezoelectric element.

第1図に示したターマン型発振回路の抵抗3及
びコンデンサ2からなる進相帰還回路の部分を、
圧電素子6におき換えて、発振周波数条件及び発
振振幅条件を満たすように抵抗5及びコンデンサ
4の値を選びさえすれば、第1図の発振回路は圧
電素子の自励発振回路とすることができる。
The phase advance feedback circuit portion consisting of the resistor 3 and capacitor 2 of the Terman type oscillation circuit shown in FIG.
As long as the piezoelectric element 6 is replaced and the values of the resistor 5 and capacitor 4 are selected so as to satisfy the oscillation frequency condition and the oscillation amplitude condition, the oscillation circuit shown in FIG. 1 can be made into a piezoelectric element self-excited oscillation circuit. can.

ところで、圧電素子が超音波振動子のように固
有振動数を複数個持つような場合、前述の自励発
振回路はどの周波数で発振するか規定できないと
いう問題がある。超音波振動子のように周波数安
定性と、音響的出力の増加の両者が同時に要求さ
れる場合には、自励発振回路で、しかも出力は矩
形波駆動される場合が多い為に、より高周波での
発振が起り易い。
By the way, when the piezoelectric element has a plurality of natural frequencies like an ultrasonic vibrator, there is a problem in that it is not possible to specify which frequency the self-excited oscillation circuit oscillates at. When both frequency stability and increase in acoustic output are required at the same time, such as in ultrasonic transducers, a self-excited oscillation circuit is used, and the output is often driven by a rectangular wave, so it is possible to use a higher frequency Oscillation is likely to occur.

この発明の目的は、複数個の固有振動数を有す
る圧電素子を使つてもその最低固有振動数で安定
に作動する自励発振回路を提供することである。
An object of the present invention is to provide a self-excited oscillation circuit that operates stably at its lowest natural frequency even when piezoelectric elements having a plurality of natural frequencies are used.

以下、この発明の一実施例について詳しく説明
する。第4図に示す自励発振回路は進相帰還回路
として抵抗3及びコンデンサ2からなる進相回路
と、直列に挿入された圧電素子6を並列接続して
構成した以外は、第1図に示した自励発振回路と
同一である。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail. The self-excited oscillation circuit shown in FIG. 4 is the same as that shown in FIG. 1, except that it is constructed by connecting a phase-advancing circuit consisting of a resistor 3 and a capacitor 2 as a phase-advancing feedback circuit, and a piezoelectric element 6 inserted in series in parallel. This is the same as the self-excited oscillation circuit.

上記のように構成された自励発振回路におい
て、進相回路の抵抗3及びコンデンサ2の値は次
のように選ぶものとする。
In the self-excited oscillation circuit configured as described above, the values of the resistor 3 and capacitor 2 of the phase advance circuit are selected as follows.

まず、第1に圧電素子6を取り外した時の発振
周波数が、圧電素子6の最低固有振動数に近い値
で発振すること。第2に、最低固有振動数近傍で
の抵抗3及びコンデンサ2の直列回路のインピー
ダンスは、圧電素子6の共振点でのインピーダン
スより十分大きく、反共振点でのインピーダンス
より小さいこと。第3に、抵抗3及びコンデンサ
2の直列回路のインピーダンスは、圧電素子6の
高次の共振点でのインピーダンスに比べて大きす
ぎないことである。尚、進相回路のインピーダン
ス特性を第3図aに示した。
First, when the piezoelectric element 6 is removed, the oscillation frequency oscillates at a value close to the lowest natural frequency of the piezoelectric element 6. Second, the impedance of the series circuit of the resistor 3 and capacitor 2 near the lowest natural frequency is sufficiently larger than the impedance at the resonance point of the piezoelectric element 6 and smaller than the impedance at the anti-resonance point. Thirdly, the impedance of the series circuit of the resistor 3 and capacitor 2 is not too large compared to the impedance at the high-order resonance point of the piezoelectric element 6. Incidentally, the impedance characteristics of the phase advancing circuit are shown in FIG. 3a.

以上の条件を満足するように抵抗3及びコンデ
ンサ2の値を選ぶとすると、最低固有振動数での
発振は、抵抗3及びコンデンサ2からなる進相回
路に影響される事が少なく、圧電素子の共振点で
発振する。高次の共振点での発振は、進相回路に
より抑制される。圧電素子が高温度に加熱されて
著しくインピーダンス値が変化したような場合で
も、進相回路のみで、固有振動数近傍で発振して
いる為に、圧電素子が正常に復帰するやいなや、
最低固有振動数での発振動作が再び可能である。
If we choose the values of resistor 3 and capacitor 2 to satisfy the above conditions, oscillation at the lowest natural frequency will be less affected by the phase advance circuit consisting of resistor 3 and capacitor 2, and the piezoelectric element will Oscillates at the resonance point. Oscillation at higher-order resonance points is suppressed by the phase advancing circuit. Even if the piezoelectric element is heated to a high temperature and its impedance value changes significantly, the piezoelectric element will return to normal as soon as it returns to normal because only the phase advance circuit oscillates near its natural frequency.
Oscillatory operation at the lowest natural frequency is again possible.

以上説明したとおり、この発明の自励発振回路
は、進相回路の抵抗3及びコンデンサ2の値を適
当に選ぶことにより圧電素子6の最低固有振動数
に相当した周波数で安定に発振する。
As explained above, the self-excited oscillation circuit of the present invention stably oscillates at a frequency corresponding to the lowest natural frequency of the piezoelectric element 6 by appropriately selecting the values of the resistor 3 and capacitor 2 of the phase advancing circuit.

また、上記実施例では十分な利得a0を持つた正
相増巾器を用いた発振回路について説明したが、
圧電素子を矩形波形駆動する目的には、十分な利
得を持ち、正相、反転両入力端子を持つた演算増
巾器又は電圧比較器を用いても同等の効果が期待
できる。
Further, in the above embodiment, an oscillation circuit using a positive phase amplifier having a sufficient gain a0 was explained.
For the purpose of driving the piezoelectric element in a rectangular waveform, an equivalent effect can be expected by using an operational amplifier or voltage comparator that has sufficient gain and has both positive phase and inverted input terminals.

第5図は、第4図に示した自励発振回路を、正
相、反転入力端子を備えた電圧比較器により構成
したものであり、図において、51は電圧比較器
としての増巾器、52,53は抵抗である。
FIG. 5 shows the self-excited oscillation circuit shown in FIG. 4 configured by a voltage comparator equipped with positive phase and inverting input terminals. In the figure, 51 is an amplifier as a voltage comparator; 52 and 53 are resistors.

こゝにおいて、増幅器51の出力端子と正相入
力端子との間には、圧電素子6が直列に挿入され
ていると共に、これに対してコンデンサ2および
抵抗3による進相回路が並列に接続されており、
反転入力端子には、コンデンサ4および抵抗5に
よる遅相帰還回路が接続され、第4図と同様に零
位置相選択型発振回路が構成されている。
Here, a piezoelectric element 6 is inserted in series between the output terminal and the positive phase input terminal of the amplifier 51, and a phase advancing circuit including a capacitor 2 and a resistor 3 is connected in parallel to the piezoelectric element 6. and
A slow phase feedback circuit consisting of a capacitor 4 and a resistor 5 is connected to the inverting input terminal, and a zero position phase selection type oscillation circuit is constructed as in FIG. 4.

第5図aは、第4図の増巾器1を増巾器51と
置換し、単一電源動作が可能なように、抵抗52
及び抵抗53を用いてバイアス電位を与えたもの
である。これは基本的なターマン型発振回路であ
り、第4図の実施例と全く同等の作用が得られ
る。
5a, the amplifier 1 in FIG. 4 is replaced with an amplifier 51, and a resistor 52 is used to enable single power supply operation.
A bias potential is applied using a resistor 53 and a resistor 53. This is a basic Terman type oscillator circuit, and provides the same effect as the embodiment shown in FIG.

第5図b及びcは、第5図aの抵抗5及びコン
デンサ4からなる遅相帰還回路を、それぞれ変形
したものであり、基本的にはターマン型発振回路
であつて、第4図に示した自励発振回路と同等の
効果が得られることは明らかである。
5b and 5c are respectively modified versions of the slow-phase feedback circuit consisting of the resistor 5 and capacitor 4 shown in FIG. 5a, and are basically Terman-type oscillation circuits shown in FIG. It is clear that the same effect as a self-excited oscillation circuit can be obtained.

特に、第5図cの実施例の場合、前述の他の実
施例と異なり、進相回路と遅相回路とが縦続接続
されていない為に、発振条件の選択が容易であ
る。つまり、進相帰還回路、遅相帰還回路の回路
定数の決定には、主に位相選択条件を考慮するだ
けでよい。インピーダンスは、進相回路とバイア
ス回路の部分と、遅相帰還回路の部分で独立に設
定できる。
In particular, in the case of the embodiment shown in FIG. 5c, unlike the other embodiments described above, the phase advance circuit and the phase delay circuit are not connected in cascade, so that the oscillation conditions can be easily selected. In other words, in determining the circuit constants of the leading phase feedback circuit and the slow phase feedback circuit, it is sufficient to mainly consider the phase selection conditions. The impedance can be set independently in the phase advance circuit, bias circuit, and slow phase feedback circuit.

この為に、たとえば超音波振動子のように周波
数安定性も十分に必要で、音響出力をさらに大き
く取り出したい場合には、圧電素子を変成器結合
しても、前述の実施例の時のように発振条件を満
足することが期待できる。
For this reason, as in the case of an ultrasonic vibrator, for example, sufficient frequency stability is required, and if you want to extract a larger acoustic output, even if the piezoelectric element is coupled to a transformer, as in the above embodiment, It is expected that the oscillation conditions will be satisfied.

第6図は、第5図cの自励発振回路の進相帰還
回路を直列に挿入された変成器によりされた圧電
素子で構成したものである。図において、61は
変成器である。
In FIG. 6, the phase advance feedback circuit of the self-excited oscillation circuit of FIG. 5c is constructed with a piezoelectric element formed by a transformer inserted in series. In the figure, 61 is a transformer.

圧電素子6は変成器61でインピーダンス変換
されて、ターマン型発振回路の進相帰還回路を構
成している。この為に自励発振回路として動作す
ると同時に、圧電素子には昇圧された駆動波形が
印加されて、電源電圧が低い値でも、高い音響出
力を得ることができる。
The impedance of the piezoelectric element 6 is converted by a transformer 61, and constitutes a phase advance feedback circuit of a Terman type oscillation circuit. Therefore, while operating as a self-excited oscillation circuit, a boosted drive waveform is applied to the piezoelectric element, making it possible to obtain high acoustic output even with a low power supply voltage.

以上説明した通り、この発明によれば、零位相
選択型発振回路の進相帰還回路の部分を、進相回
路と並列接続された圧電素子で構成するという簡
単な構成で、圧電素子の最低固有振動数で安定に
発振する自励発振回路が得られる効果がある。さ
らに、零位相選択型発振回路の進相帰還回路の部
分を、変成器結合された圧電素子で構成するよう
にすれば、低い電源電圧でも高い振動出力が得ら
れる自励発振回路が得られる効果がある。
As explained above, according to the present invention, the phase advance feedback circuit portion of the zero phase selective oscillator circuit has a simple configuration of a piezoelectric element connected in parallel with the phase advance circuit. This has the effect of providing a self-excited oscillation circuit that stably oscillates at the frequency. Furthermore, if the phase advance feedback circuit part of the zero-phase selective oscillation circuit is configured with a piezoelectric element coupled to a transformer, a self-excited oscillation circuit that can obtain high vibration output even with a low power supply voltage can be obtained. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の電位相選択型発振回路を示す電
気回路図、第2図は圧電素子の等価回路図、第3
図は圧電素子の位相、インピーダンス特性図、第
4図は本発明の一実施例を示す電気回路図、第5
図は本発明の他の実施例を示す電気回路図、第6
図は本発明のさらに他の実施例を示す電気回路図
である。 図において、1は正相増巾器、2はコンデン
サ、3は抵抗、4はコンデンサ、5は抵抗、6は
圧電素子、51は増巾器、61は変成器である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示
すものとする。
Fig. 1 is an electric circuit diagram showing a conventional electric phase selective oscillation circuit, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of a piezoelectric element, and Fig. 3 is an electric circuit diagram showing a conventional electric phase selective oscillation circuit.
The figure is a phase and impedance characteristic diagram of a piezoelectric element, FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
Figure 6 is an electrical circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
The figure is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a positive phase amplifier, 2 is a capacitor, 3 is a resistor, 4 is a capacitor, 5 is a resistor, 6 is a piezoelectric element, 51 is an amplifier, and 61 is a transformer.
Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 正相増巾器の入出力間に進相帰還回路を接続
し、かつ、正相増巾器の入力に遅相帰還回路を接
続した零位相選択型発振回路において、進相帰還
回路へ直列に挿入された圧電素子と、この圧電素
子に並列接続され圧電素子の最低固有振動数近傍
において圧電素子の共振点インピーダンスより十
分大きくかつ圧電素子の反共振点インピーダンス
より小さいインピーダンスを有する進相回路とを
備えた事を特徴とする自励発振回路。 2 圧電素子が複数個の固有振動数を有すること
を特徴とした特許請求の範囲第1項記載の自励発
振回路。 3 増巾器の出力端子と正相入力端子との間に進
相帰還回路を接続し、かつ、反転入力端子に遅相
帰還回路を接続した零位置選択型発振回路におい
て、進相帰還回路へ直列に挿入された圧電素子
と、この圧電素子に並列接続され圧電素子の最低
固有振動数近傍において圧電素子の共振点インピ
ーダンスより十分大きくかつ圧電素子の反共振イ
ンピーダンスより小さいインピーダンスを有する
進相回路とを備えた事を特徴とする自励発振回
路。 4 圧電素子が複数個の固有振動数を有すること
を特徴とした特許請求の範囲第3項記の自励発振
回路。 5 増巾器の出力端子と正相入力端子との間に進
相帰還回路を接続し、かつ、反転入力端子に遅相
帰還回路を接続した零位相選択型発振回路におい
て、進相帰還回路へ直列に挿入された変成器によ
り結合された圧電素子と、これに並列接続され圧
電素子の最低固有振動数近傍において圧電素子の
共振点インピーダンスより十分大きくかつ圧電素
子の反共振インピーダンスより小さいインピーダ
ンスを有する進相回路とを備えた事を特徴とする
自励発振回路。
[Scope of Claims] 1. A zero phase selection type oscillator circuit in which a leading phase feedback circuit is connected between the input and output of a positive phase amplifier, and a slow phase feedback circuit is connected to the input of the positive phase amplifier, A piezoelectric element inserted in series into the phase advance feedback circuit, and an impedance connected in parallel to this piezoelectric element that is sufficiently larger than the resonance point impedance of the piezoelectric element and smaller than the anti-resonance point impedance of the piezoelectric element near the lowest natural frequency of the piezoelectric element. 1. A self-excited oscillation circuit comprising: a phase advance circuit having a phase advancing circuit; 2. The self-excited oscillation circuit according to claim 1, wherein the piezoelectric element has a plurality of natural frequencies. 3 In a zero position selection type oscillator circuit in which a leading phase feedback circuit is connected between the output terminal of the amplifier and the positive phase input terminal, and a slow phase feedback circuit is connected to the inverting input terminal, a piezoelectric element inserted in series; and a phase advancing circuit connected in parallel to the piezoelectric element and having an impedance sufficiently larger than the resonance point impedance of the piezoelectric element and smaller than the anti-resonance impedance of the piezoelectric element in the vicinity of the lowest natural frequency of the piezoelectric element. A self-excited oscillation circuit characterized by: 4. The self-excited oscillation circuit according to claim 3, wherein the piezoelectric element has a plurality of natural frequencies. 5 In a zero phase selection type oscillator circuit in which a leading phase feedback circuit is connected between the output terminal of the amplifier and the positive phase input terminal, and a slow phase feedback circuit is connected to the inverting input terminal, A piezoelectric element coupled by a transformer inserted in series, and a piezoelectric element connected in parallel to the piezoelectric element having an impedance sufficiently larger than the resonance point impedance of the piezoelectric element and smaller than the anti-resonance impedance of the piezoelectric element near the lowest natural frequency of the piezoelectric element. A self-excited oscillation circuit characterized by comprising a phase advancing circuit.
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