DE2931602C2

DE2931602C2 - Erregerkreis für einen Ultraschall- Zerstäuber

Info

Publication number: DE2931602C2
Application number: DE2931602A
Authority: DE
Inventors: Minoru Funabashi Chiba Takahashi
Original assignee: Tdk Electronics Co Ltd Tokyo; TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1982-05-19
Also published as: US4359697A; JPS613503Y2; JPS5525115U; DE2931602A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solcher ist aus der DE-OS 23 38 503 bekannt.

Bei dem bekannten Erregerkreis wird der abgezweigte Teil der Schwingungsenergie gleichgerichtet und geglättet. Die so erzeugte Gleichspannung wird als Steuerspannung für die Regelung der Versorgungsspannung des Oszillators herangezogen, wodurch eine Stabilisierung der Schwingungsamplitude erreicht wird. Der abgezweigte Teil der Schwingungsenergie wirkt demnach nicht direkt, sondern indirekt auf den Oszillator zurück.

Aus der DE-OS 25 35 807 ist eine Anregeschaltung für ein piezoelektrisches Schwingsystem bekannt, bei der der Arbeitspunkt des Oszillatortransistors durch eine frequenzabhängige Veränderung seines Arbeitswiderstandes beeinflußt wird. Es wird hierdurch eine Stabilisierung der Schwingungsamplitude bei Frequenzschwankungen erreicht.

Wenn die Ausgangsleistung eines Oszillators für einen Ultraschall-Zerstäuber einstellbar sein soll, um die Zerstäubung zu beeinflussen, enthält der Oszillatorkreis zumeist einen einstellbaren Vorwiderstand im Basiskreis, mit dessen Hilfe der Vorstrom des Transistors verändert werden kann. Da für den Oszillatortransistor jedoch häufig ein großer Basisstrom erforderlich ist und als Vorwiderstandswerte solche im Bereich zwischen 1 kQ und 3 kΩ in Betracht kommen, müssen diese Bauelemente für eine Leistung von ungefähr 2 Watt dimensioniert sein. Einstellwiderstände dieser Leistungs- und Größenklasse gehören nicht zu den billigen Bauelementen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erregerkreis der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Ausgangsleistung einstellbar ist, ohne daß dazu ein Einstellwiderstand der vorgenannten Leistungsklasse erforderlich ist, und der mit vergleichsweise wenigen zusätzlichen Bauelementen auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Demnach wird die Leistungseinstellung über eine Einstellung in dem zweiten Rückkopplungszweig vorgenommen, d.h. an einer Stelle, wo keine großen Leistungen zu beherrschen sind. Sie ist daher mittels billiger Bauelemente durchführbar. Der zweite Rück kopplungszweig wirkt unmittelbar auf den Oszillatortransistor zurück, so daß die Anzahl zusätzlicher, für die Leistungseinstellung benötigter Bauelemente vergleichsweise gering ist.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 verschiedene Stromverlaufskurven im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
ίο Fig.3 bis 5 weitere Ausführungsformen der Erfindung.

In den Schaltbildern nach den F i g. 1 und 3 bis 5 erkennt man einen Gleichrichter 1, Kondensatoren 2,6, 7, 10 und 33, einen Transistor 3, Spulen 4 und 5, einen piezoelektrischen Oszillator 8, Widerstände 9,31 und 32, einen Transformator 20 und eine Diode 30.

Gemäß.Fig. 1 wir-d eine Wechselversorgungsspannung, die an Klemmen A und B ansteht, vom Gleichrichter 1 gleichgerichtet und dann durch einen Siebkondensator 2 geglättet, der zwischen die Ausgangsleitungen Pund N des Gleichrichters 1 geschaltet ist. An diese Leitungen Pund N sind der Kollektor und der Emitter eines Transistors 3 angeschaltet, und zwar jeweils über eine Spule 4 bzw. 5. Die Spule 4 wird durch einen Kondensator 6, der zwischen Kollektor und negativer Gleichspannungsleitung N geschaltet ist, zu einem Parallelresonanzkreis ergänzt. Zwischen den Kollektor und die Basis des Transistois 3 ist über einen Gleichspannungs-Impedanzkondensator ein piezoelektrischer Vibrator 8 eingeschaltet. Zwischen die Basis des Transistors 3 und die positive Gleichspannungsleitung P bzw. die negative Gleichspannungsleilung N sind ein Vorwiderstand 9 bzw. ein Kondensator 10 geschaltet. Die soweit beschriebene Schaltung bildet einen üblichen Colpitts-Oszillator, der üblicherweise in der Lage ist, eine Schwingung mit einigen IO Watt Leistung abzugeben. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Reihenschaltung aus einer Diode 30 und Widerständen 31 und 32 zwischen die Basis des Transistors 3 und die negative Gleichspannungsleitung N geschaltet und ist eine Serienschallung aus einem Kondensator 33 und einem Widerstand 34 zwischen die Verbindung des piezoelektrischen Vibrators 8 mit dem Kondensator 7 und die Verbindung des Widerstandes 31 mit dem Widerstand 32 geschaltet, so daß ein positiver Rückkopplungskreis gebildet wird. Mögliche Werte für die Schaltelemente sind:

Widerstand 9:6,8 bis 15 kn(V, W)
Kondensator 33:150 bis 22OpF

Widerstand 34: 200 Ω (V₄ W)

Widerstände 31 und 32: je 500 Ω (V₄ W)

Spule 4:20 bis 30 μΗ

Spule 5:0,5 bis 2 μΗ
Kondensator 2:0,1 bis 10 μΡ

Kondensator 6:1500 bis 2000 pF

Kondensator 7:15 000 bis 20 000 pF

Kondensator 10:3000 bis 5000 pF

Eigenfrequenz des Vibrators: 1,65 MHz
f>° Durchmesser des Vibrators: 20 mm

Der Kondensator 7 kann gegebenenfalls entfallen.

Bei der Schallung nach F i g. 1 schwankt die Basisspannung des Transistors 3 zwischen positiven und ^b5 negativen Werten hin und her, was eine ständige Ladung und Entladung des Kondensators 10 bewirkt. Die Hochfrequenzspannung, die an den Anschlüssen des piezoelektrischen Vibrators 8 erzeugt wird, ruft einen

Strom /ι hervor, dessen Verlauf in F i g. 2(A) dargestellt ist. Dieser Strom fließt durch die Serienschaltung von Kondensator 33 und Widerstand 34. Wenn die Basisspannung des Transistors 3 neg3tiv ist, wie es F i g. 1 zeigt, dann entlädt sich der Kondensator 10 über die Widerstände 31 und 32 und die Diode 30, welch letztere den Entladungsstrom von der Leitung N zur Basis leitet, um diese negativ zu machen und dadurch die Basis noch weiter auf die negative Seite vorzuspannen. In diesem Moment wird die Richtung der Hochfrequenzspaiinung, die an den Anschlüssen des Vibrators 8 hervorgerufen wird, an dem mit dem Kondensator 33 verbundenen Anschluß positiv. Dementsprechend weist der Strom I\ die Richtung auf, die durch den Pfeil in Fig. 1 dargestellt ist und erzeugt im Widerstand 31 einen Strom h, der in Fig.2(B) dargestellt ist und sich dem Entladungsstrom des Kondensators 10 überlagert und die Basis des Transistors 3 weiter vorspannt. F i g. 2; (C) zeigt den Entladungsstrom /₃ des Kondensators 33, der durch den Widerstand 32 fließt. Wenn andererseits die Basis des Transistors 3 positiv vorgespannt ist, dann liegt an der Diode 30 eine Sperrspannung und es findet keine positive Rückkopplung statt.

Im Schaltkreis nach Fig. 1 wird ein Teil der dem piezoelektrischen Vibrator 8 zugeführten Hochfrequenzenergie durch den Rückkopplungskreis zur Basis des Transistors rückgeführt, um deren Potential mehr zur negativen Seite hin zu bringen, und zwar nur dann, wenn die Basis bereits negativ ist. Hierdurch wird die Erregerenergie gesteigert. Dementsprechend ist ein vergleichsweise geringer Strom ausreichend, uiv: die Basis des Transistors 3 über den Vorwiderstand 9 anzusteuern, weil der Rückkopplungskreis zusätzlichen Steuerstrom herbeiführt. Die Größe und die Leistung des Vorwiderstandes 9 kann daher auf 6,8 bis 15 kQ. bzw. 0,5 W reduziert werden. Dem Vorwiderstand 9 kann daher ein billiger, handelsüblicher Einstellwiderstand vorgeschaltet werden, um die Ausgangsleistung des Zerstäubers zi' beeinflussen. Ebenso kann man auch durch Veränderung einer der Widerstände 3t. 32 und 34 die Ausgangsleistung des Zerstäubers verändern.

Im Colpitts-Oszillator nach F i g. 3 ist der piezoelektrische Vibrator 8 zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 3 über einen Transformator 20 angeschaltet. Die übrigen Teile des Schaltkreises sind identisch jenen, die tnter Bezugnahme auf F i g. 1 bereits erläutert wurden. Das Beispiel nach F i g. 3 weist den Vorteil auf, daß der Wirkungsgrad des Oszillatorkreises verbessert ist und daß mehrere Verregerkreise von derselben einzigen Spannungsquelle versorgt werden können, weil der Vibrator 8 gleichspannungsmäßig getrennt geschaltet ist und eine Impedanzanpassung möglich ist.

Bei dem Oszillatorkreis nach Fig.4 ist der Kollektor

ίο des Transistors hochfrequenzmäßig kalt und der Kollektor des Transistors 3 ist direkt mit der positiven Versorgungsleitung P verbunden. Der Emitter ist über Spulen 4 und 5 mit der negativen Versorgungsleitung N verbunden. Der piezoelektrische Vibrator 8 ist über einen Gleichspannungs-Impedanzkondensator 7 zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 3 geschaltet. Ebenso wie beim Beispie! nach F i g. 1 ist ein Vorwiderstand 9 und sind Kondensatoren 6 und 10 vorgesehen. Der Impedanzkondensator 7 kann auch fortgelassen werden. Dieser Schaltkreis, der ebenfalls das positive Rückkopplungsnetzwerk aus den Schaltelementen 30 bis 34 aufweist, erlaubt es, den Kollektor des Transistors 3 sowohl gleichspannungsmäßig als auch wechselspannungsmäßig zu erden, wodurch sich die Abstrahlung von Störspannungen aus dem Schaltkreis verringern läßt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Kollektor des Oszilla'.ortransistors wiederum geerdet. Der piezoelektrische Vibrator 8 ist über einen Transformator 20 zwischen Kollektor und Basis des Transistors 3 geschaltet. Der übrige Schaltkreis, einschließlich des Rückkopplungsnetzwerkes, entspricht dem Schaltkreis nach Fig.4. Bei diesem Schaltkreis ist der Kondensator 33 des Rückkopplungsnetzwerkes mit dem positiven Anschluß des Transformators 20 verbunden.

In den Schaltkreisen nach den Fig.4 und 5 kann alternativ die Serienschaltung aus dem Kondensator 33 und dem Widerstand 34 auch zwischen die Verbindung

jo des Widerstandes 31 mit dem Widerstand 32 und die negative Versorgungsleitung N geschaltet werden, da die positive Versorgungsleitung P und die negative Versorgungsleitung N hochfrequenzmäßig durch den Siebkondensator 2 kurzgeschlossen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber mit einem selbsterregten Oszillator bestehend aus einem Transistor, einem der Aufrechterhaltung dei Schwingung dienenden ersten Rückkopplungszweig, einem piezoelektrischen Vibrator und einem einen Teil der dem Vibrator zugeführten, hochfrequenten Schwingungsenergie abzweigenden zweiten Rückkopplungszweig zur Beeinflussung der Schwingungsamplitude des Oszillators, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Kollektor des Transistors und Vibrator kapazitiv abgezweigte Teil der Sch'vingungsenetgie dem Abgriffeines zwischen Basis und Emitter des Transistors geschalteten Spannungsteilers zugeführt ist, der mit der Basis über eine Diode in Leitrichtung zur Basis verbunden is.'.