JPS6248838B2 - - Google Patents
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- JPS6248838B2 JPS6248838B2 JP55151724A JP15172480A JPS6248838B2 JP S6248838 B2 JPS6248838 B2 JP S6248838B2 JP 55151724 A JP55151724 A JP 55151724A JP 15172480 A JP15172480 A JP 15172480A JP S6248838 B2 JPS6248838 B2 JP S6248838B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、圧電スピーカー付き電子機器におい
て、圧電素子と直列に時計用電子回路保護用抵抗
を挿入したことを特徴とする圧電スピーカー駆動
回路に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a piezoelectric speaker drive circuit for an electronic device equipped with a piezoelectric speaker, characterized in that a resistor for protecting a timepiece electronic circuit is inserted in series with a piezoelectric element.
最近、電子機器は多機能化が進み、アラーム、
タイマーは常織的となつている。したがつて多く
の電子時計は、音による出力手段としてスピーカ
ーを有している。その中でも圧電スピーカーは、
特に多く用いられている。 Recently, electronic devices have become more multi-functional, such as alarms,
Timers have become commonplace. Therefore, many electronic watches have a speaker as a sound output means. Among them, piezoelectric speakers are
Especially often used.
例えば従来の電子時計における圧電スピーカー
駆動回路は第１図に示す如く、１の時計用電子回
路、２の圧電スピーカー駆動用トランジスタ、３
の昇圧用コイル、４の圧電素子、５の電池によつ
て構成されている。時計用電子回路１のアラーム
出力端子６から出力された矩形波信号S1は圧電ス
ピーカー駆動用トランジスタ２をオン・オフさ
せ、昇圧用コイル３に断続的に電流を流す。これ
によつて昇圧用コイル３には高電圧が発生する。
この高電圧は圧電素子４を変位させ、それをくり
返すことにより圧電素子４は振動し、アラーム音
を発生する。圧電素子はその性質上、落下等の強
い衝撃により高電圧を発生する。この圧電は、プ
ラス・マイナス、両極性に発生し、時には100V
以上に達する。圧電スピーカー駆動用トランジス
タ２の側にプラス電荷が発生した場合を第２図に
示す。圧電スピーカー駆動用トランジスタ２のベ
ース・コレクタ間の逆方向性を第３図に示す。エ
ミツタ・コレクタ間の電圧特性も、第３図とほぼ
同じである。第２図のプラス電荷は、圧電スピー
カー駆動用トランジスタ２へ流入する。しかし第
３図に示すように、圧電スピーカー駆動用トラン
ジスタ２へかかる電圧がブレイクダウン電圧１１
以下であれば９の曲線より、電流は流れない。ま
たブレイクダウン電圧以上の場合、９の曲線より
圧電スピーカー駆動用トランジスタ２のインピー
ダンスは非常に小さくなり電流は流れる。電流が
流れると圧電スピーカー駆動用トランジスタ２の
温度は上昇し１０のような曲線になる。これはイ
ンピーダンスがより少さくなることを意味してい
る。一方、時計用電子回路は金属酸化膜電界効果
トランジスタ（以下、略してMOS型トランジス
タと言う。）によつて構成されている。MOS型ト
ランジスタは多くの寄生ダイオードを内蔵してい
る。第２図のように電流が流れると、順方向のダ
イオードとなるため、インピーダンスは非常に少
さい。したがつて、圧電素子に発生した電荷は、
I1，I2，I3のようなループにより流れる。次に圧
電スピーカー駆動用トランジスタ２の側にマイナ
ス電荷が発生した場合を第４図に示す。この場合
圧電スピーカー駆動用トランジスタ２について
は、ベース・コレクタ間は順方向、またベース・
エミツタ間は逆方向であるが、ブレイクダウン電
圧が非常に低いため、インピーダンスは低く、電
流が流れる。時計用電子回路については、MOS
型トランジスタの寄生ダイオードの逆方向とな
り、第３図のようにブレイクダウン電圧以上であ
ればインピーダンスは少さくなり電流I4，I5，I6
が流れる。一般にブレイクダウン電圧は、圧電ス
ピーカー駆動用トランジスタの場合、50〜100V
程度である。またMOS型トランジスタの寄生ダ
イオードの場合、30〜100V程度である。したが
つて、圧電素子に50V程度以上の電圧が発生する
と、時計用電子回路１には電流が流れる。この電
流により時計用電子回路１には、誤動差、異常電
流（これは一般にラツチアツプと呼ぶ。）等が発
生する。また非常に高い電圧の発生時には、
MOS型トランジスタの破壊が起こることもあ
る。 For example, as shown in FIG. 1, a piezoelectric speaker drive circuit in a conventional electronic watch includes a watch electronic circuit 1, a piezoelectric speaker drive transistor 2, and 3
It is composed of a voltage boosting coil, four piezoelectric elements, and five batteries. The rectangular wave signal S 1 output from the alarm output terminal 6 of the watch electronic circuit 1 turns on and off the piezoelectric speaker driving transistor 2 and causes current to flow intermittently through the boosting coil 3 . As a result, a high voltage is generated in the boosting coil 3.
This high voltage displaces the piezoelectric element 4, and by repeating this, the piezoelectric element 4 vibrates and generates an alarm sound. Due to its nature, piezoelectric elements generate high voltage when subjected to strong impacts such as being dropped. This piezoelectricity occurs in both positive and negative polarities, sometimes as high as 100V.
reach more than that. FIG. 2 shows a case where a positive charge is generated on the side of the piezoelectric speaker driving transistor 2. FIG. 3 shows the reverse directionality between the base and collector of the piezoelectric speaker driving transistor 2. The emitter-collector voltage characteristics are also almost the same as in FIG. The positive charge shown in FIG. 2 flows into the piezoelectric speaker driving transistor 2. However, as shown in FIG. 3, the voltage applied to the piezoelectric speaker driving transistor 2 is the breakdown voltage 11
If it is below, the current will not flow according to the curve 9. Further, when the breakdown voltage is higher than the breakdown voltage, the impedance of the piezoelectric speaker driving transistor 2 becomes extremely small according to the curve 9, and a current flows. When current flows, the temperature of the piezoelectric speaker driving transistor 2 rises and becomes a curve like 10. This means that the impedance will be lower. On the other hand, the electronic circuit for a watch is constituted by a metal oxide film field effect transistor (hereinafter simply referred to as a MOS transistor). MOS transistors contain many parasitic diodes. When current flows as shown in Figure 2, it becomes a forward diode, so its impedance is very small. Therefore, the charge generated in the piezoelectric element is
It flows through loops such as I 1 , I 2 , and I 3 . Next, FIG. 4 shows a case where negative charges are generated on the piezoelectric speaker driving transistor 2 side. In this case, the piezoelectric speaker driving transistor 2 has a forward direction between the base and the collector, and a forward direction between the base and the collector.
Although the direction is opposite between the emitters, the breakdown voltage is very low, so the impedance is low and current flows. For watch electronic circuits, MOS
The direction is the opposite of the parasitic diode of the type transistor, and as shown in Figure 3, if the voltage is above the breakdown voltage, the impedance decreases and the current I 4 , I 5 , I 6
flows. Generally, the breakdown voltage is 50 to 100V for piezoelectric speaker drive transistors.
That's about it. In the case of a parasitic diode of a MOS transistor, the voltage is about 30 to 100V. Therefore, when a voltage of about 50V or more is generated in the piezoelectric element, a current flows through the electronic watch circuit 1. This current causes an error difference, an abnormal current (generally referred to as a latch-up), etc. to occur in the timepiece electronic circuit 1. Also, when extremely high voltages occur,
Destruction of MOS transistors may also occur.
このように、従来の圧電スピーカー駆動回路
は、圧電素子に発生する高電圧に対しては、まつ
たく無防備の状態である。 In this way, the conventional piezoelectric speaker drive circuit is completely defenseless against the high voltage generated in the piezoelectric element.
本発明はかかる欠点を除去したもので、その目
的は、圧電素子に発生する高電圧から電子回路を
保護する圧電スピーカー駆動回路を提供すること
にある。 The present invention eliminates such drawbacks, and its purpose is to provide a piezoelectric speaker drive circuit that protects the electronic circuit from the high voltages generated in the piezoelectric element.
以下、電子時計における実施例に基づいて本発
明を詳しく説明する。第５図は本発明による圧電
スピーカー駆動回路の実施例１である。１２は時
計用電子回路保護抵抗である。抵抗値は実験によ
り、10〜200Ω程度が最も良いことが確認されて
いる。衝撃により圧電素子に高電圧が発生する
と、電流が保護抵抗１２を通過して時計用電子回
路１に流入する。第５図のI7，I8，I9，I10のよう
に電流が流れるとすると、第５図の等価回路は第
６図のようになる。１２は抵抗値R0の保護抵
抗、１３はコレクタ・ベース間の逆方向ダイオー
ドのブレイクダウン後の抵抗、１４は時計用電子
回路のアラーム出力端子・プラス端子間の順方向
ダイオードの抵抗、１５は時計用電子回路のマイ
ナス端子・プラス端子間の順方向ダイオードの抵
抗、１６は電池の内部抵抗である。それぞれの抵
抗値を、１２はR0、１３はR1、１４はR2、１６
はR3、１６はR4とし、圧電素子に発生する電圧
１７をV0とすると、
また、０R1，R2，R3≪R4である。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on an example of an electronic timepiece. FIG. 5 shows a first embodiment of a piezoelectric speaker drive circuit according to the present invention. 12 is a watch electronic circuit protection resistor. It has been confirmed through experiments that a resistance value of about 10 to 200Ω is best. When a high voltage is generated in the piezoelectric element due to an impact, current passes through the protective resistor 12 and flows into the watch electronic circuit 1. Assuming that currents flow through I 7 , I 8 , I 9 , and I 10 in FIG. 5, the equivalent circuit in FIG. 5 becomes as shown in FIG. 6. 12 is a protection resistor with a resistance value R 0 , 13 is the resistance after breakdown of the reverse diode between the collector and base, 14 is the resistance of the forward diode between the alarm output terminal and the positive terminal of the watch electronic circuit, and 15 is the resistance of the forward diode between the alarm output terminal and the positive terminal of the watch electronic circuit. The resistance of the forward diode between the negative terminal and the positive terminal of the watch electronic circuit, 16, is the internal resistance of the battery. The respective resistance values are R 0 for 12, R 1 for 13, R 2 for 14, and R 2 for 16
is R 3 , 16 is R 4 , and the voltage 17 generated in the piezoelectric element is V 0 , Further, 0R 1 , R 2 , R 3 <<R 4 .
よつて
０Ｒ２・Ｒ３・Ｒ４／Ｒ２・Ｒ３＋Ｒ３・Ｒ４＋Ｒ４
・Ｒ２＜R1，Ｒ，R3
したがつて
I10≒Ｖ０／Ｒ１＋Ｒ０となる。 Therefore 0R 2・R 3・R 4 /R 2・R 3 +R 3・R 4 +R 4
・R 2 <R 1 , R, R 3 Therefore, I 10 ≒V 0 /R 1 +R 0 .
ここでR0＝０のときは、R1０であるからI10
は非常に大きい。もしR0＞R4の場合にはI0≒
V0／R0となり、R0＝０の場合に比べて非常に少
さくなる。したがつて、保護抵抗を挿入すること
により、時計用電子回路に流入する電流が減少
し、誤動作、破壊等を防止することができる。 Here, when R 0 = 0, since R 1 0, I 10
is very large. If R 0 > R 4 , I 0 ≒
V 0 /R 0 , which is much smaller than when R 0 =0. Therefore, by inserting a protective resistor, the current flowing into the timepiece electronic circuit can be reduced, and malfunctions, destruction, etc. can be prevented.
また、この効果は実験によつても確認されてい
る。第７図は圧電素子に発生する電圧をコンデン
サーシユミレートした回路である。スイツチ１８
をＡ側に倒し、圧電素子と等しい容量値を持つコ
ンデンサー１９に直流高電圧電源２０で電荷をチ
ヤージし、スイツチ１８をＢ側に倒すことによ
り、時計用電子回路１の誤動作を確認する。たと
えばある時計用電子回路を用いると次のような結
果が得られる。 This effect has also been confirmed through experiments. FIG. 7 shows a circuit in which the voltage generated in the piezoelectric element is simulated by a capacitor. switch 18
is turned to the A side, a capacitor 19 having a capacitance value equal to that of the piezoelectric element is charged with a direct current high voltage power supply 20, and a switch 18 is turned to the B side to confirm malfunction of the electronic circuit 1 for the watch. For example, using a certain electronic circuit for a watch, the following results can be obtained.
圧電スピーカー駆動用トランジスタのコレクタ
側にプラス電位を与えると
保護抵抗R0＝０Ωで100Vで誤動作
以下、同様に、R0＝10Ωで180V
R0＝20Ωで240V
R0＝40Ωで360V
R0＝60Ωで470Vでそれぞれ誤動作が発生する。
マイナス電位の場合にも、ほぼ同様な結果が得ら
れる。 When a positive potential is applied to the collector side of the piezoelectric speaker driving transistor, it malfunctions at 100V when the protective resistance R 0 = 0Ω. Similarly, 180V when R 0 = 10Ω R 0 = 240V at 20Ω R 0 = 360V at 40Ω R 0 = Malfunction occurs at 60Ω and 470V.
Almost similar results can be obtained in the case of negative potential.
一方、圧電スピーカーの発生する音圧について
は、圧電素子のインピーダンスが大きく、電圧に
よる駆動のため、保護抵抗による影響は少さい。
実験によると、保護抵抗値200Ωまで音圧の低下
は無い。 On the other hand, as for the sound pressure generated by a piezoelectric speaker, the impedance of the piezoelectric element is large and it is driven by voltage, so the effect of the protective resistance is small.
According to experiments, there is no drop in sound pressure up to a protective resistance value of 200Ω.
このように、第５図のような圧電スピーカー駆
動回路によると、音圧の低下も無く、時計用電子
回路の誤動作、破壊を防止出来る。 In this way, according to the piezoelectric speaker drive circuit as shown in FIG. 5, there is no drop in sound pressure, and malfunction and destruction of the electronic circuit for a timepiece can be prevented.
以上のように、本発明によると、圧電素子の性
質上、必ず発生する高電圧による電子回路の誤動
作、異常電流、破壊を抵抗という簡単な素子を圧
電素子に直列に挿入することにより防止出来る。
また、音圧の低下等の副作用も無い。コスト面に
おいても、抵抗は非常に安価のため有利である。
これにより、落下等の強衝撃による誤動作の無い
より高品質、高信頼性の電子機器を提供すること
が出来る。 As described above, according to the present invention, by inserting a simple element called a resistor in series with the piezoelectric element, malfunctions, abnormal currents, and destruction of electronic circuits due to high voltages that inevitably occur due to the nature of piezoelectric elements can be prevented.
Furthermore, there are no side effects such as a decrease in sound pressure. In terms of cost, resistors are also advantageous because they are very inexpensive.
This makes it possible to provide electronic devices of higher quality and reliability that do not malfunction due to strong impacts such as drops.
第１図は従来の圧電スピーカー駆動回路図、第
２図は圧電スピーカー駆動用トランジスタ側にプ
ラス電荷が発生した場合の電流経路を示した図、
第３図はダイオードの逆方向電圧・電流特性図、
第４図は圧電スピーカー駆動用トランジスタ側に
マイナス電荷が発生した場合の電流経路を示した
図、第５図は本発明に基づく圧電スピーカー駆動
回路の具体例を示す図、第６図は第５図の圧電素
子に高電圧が発生した場合の等価回路図、第７図
は第５図の圧電素子をコンデンサーと直流高電圧
電源でシユミレートした回路図である。
１……時計用電子回路、２……圧電スピーカー
駆動用トランジスタ、３……昇圧用コイル、４…
…圧電素子、５……電源用電池、６……アラーム
出力端子、７……プラス端子、８……マイナス端
子、９……ダイオードの逆方向電圧・電流特性、
１０……ダイオードのブレイクダウンの後の電
圧・電流特性、１１……ダイオードのブレイクダ
ウン電圧、１２……時計用電子回路保護用抵抗、
１３……圧電スピーカー駆動用トランジスタのブ
レイクダウン後のインピーダンス、１４……時計
用電子回路のアラーム出力端子・プラス端子間の
寄生ダイオードの順方向のインピーダンス、１５
……時計用電子回路のプラス端子・マイナス端子
間の寄生ダイオードの順方向のインピーダンス、
１６……電池の内部抵抗、１７……圧電素子の発
生電圧、１８……２安定切り換えスイツチ、１９
……コンデンサー、２０……直流高電圧電源、S1
……圧電スピーカー駆動用信号、I1，I2，I3……
圧電素子の圧電スピーカー駆動用トランジスタ側
にプラス電荷が発生したとき回路に流れる電流、
I4，I5，I6……圧電素子の圧電スピーカー駆動用
トランジスタ側にマイナス電荷が発生したとき、
回路に流れる電流、I7，I8，I9……時計用電子回
路保護抵抗を挿入した回路において、圧電素子の
圧電スピーカー駆動用トランジスタ側にプラス電
荷が発生したとき、回路に流れる電流、I10……I7
＋I8＋I9。
Figure 1 is a conventional piezoelectric speaker drive circuit diagram, Figure 2 is a diagram showing the current path when a positive charge is generated on the piezoelectric speaker drive transistor side,
Figure 3 is a diode reverse voltage/current characteristic diagram.
FIG. 4 is a diagram showing a current path when a negative charge is generated on the piezoelectric speaker driving transistor side, FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a piezoelectric speaker driving circuit based on the present invention, and FIG. Fig. 7 is an equivalent circuit diagram when a high voltage is generated in the piezoelectric element shown in Fig. 7, and Fig. 7 is a circuit diagram simulating the piezoelectric element shown in Fig. 5 using a capacitor and a DC high voltage power supply. 1... Electronic circuit for a watch, 2... Piezoelectric speaker driving transistor, 3... Boosting coil, 4...
... Piezoelectric element, 5 ... Power supply battery, 6 ... Alarm output terminal, 7 ... Plus terminal, 8 ... Negative terminal, 9 ... Reverse voltage and current characteristics of diode,
10...Voltage/current characteristics after breakdown of the diode, 11...Breakdown voltage of the diode, 12...Resistor for protection of watch electronic circuit,
13... Impedance after breakdown of the piezoelectric speaker driving transistor, 14... Forward impedance of the parasitic diode between the alarm output terminal and the positive terminal of the watch electronic circuit, 15
...The forward impedance of the parasitic diode between the positive and negative terminals of the watch electronic circuit,
16... Internal resistance of the battery, 17... Voltage generated by the piezoelectric element, 18... 2-stable changeover switch, 19
...Capacitor, 20 ...DC high voltage power supply, S 1
...Piezoelectric speaker drive signal, I 1 , I 2 , I 3 ...
When a positive charge is generated on the piezoelectric speaker driving transistor side of the piezoelectric element, the current that flows through the circuit,
I 4 , I 5 , I 6 ...When a negative charge is generated on the piezoelectric speaker driving transistor side of the piezoelectric element,
Current flowing in the circuit, I 7 , I 8 , I 9 ...When a positive charge is generated on the piezoelectric speaker driving transistor side of the piezoelectric element in a circuit in which a watch electronic circuit protection resistor is inserted, the current flowing in the circuit, I 10 ...I 7
+ I8 + I9 .
Claims (1)
列接続した回路と圧電スピーカー駆動用トランジ
スタを直列接続した直並列回路、前記トランジス
タを駆動する圧電スピーカー駆動信号を出力する
電子回路を備え、前記直並列回路及び前記電子回
路を電源間に並列接続してなる圧電スピーカー駆
動回路において、前記昇圧用コイルと前記トラン
ジスタの接続点と前記圧電素子の間に抵抗を具備
したことを特徴とする圧電スピーカー駆動回路。1 A piezoelectric element and a voltage boosting coil are connected in parallel, a series-parallel circuit is formed by connecting the parallel-connected circuit and a piezoelectric speaker drive transistor in series, and an electronic circuit that outputs a piezoelectric speaker drive signal to drive the transistor is provided. A piezoelectric speaker drive circuit comprising a parallel circuit and the electronic circuit connected in parallel between power supplies, characterized in that a resistor is provided between a connection point between the voltage boosting coil and the transistor and the piezoelectric element. circuit.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP55151724A JPS5774794A (en) | 1980-10-29 | 1980-10-29 | Piezoelectric speaker driving circuit for electronic timepiece |
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