DE2932828A1

DE2932828A1 - Erregerkreis fuer einen ultraschall- zerstaeuber

Info

Publication number: DE2932828A1
Application number: DE19792932828
Authority: DE
Inventors: Sadao Mitsui; Minoru Takahashi; Keiichi Watanabe
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1978-08-14
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1980-02-28
Also published as: US4318062A; JPS5527014A; JPS6119311B2

Description

Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Zerstäuber, speziell auf den Erregerkreis für einen solchen Zerstäuber.

Ultraschall-Zerstäuber bestehen im allgemeinen aus einem Gefäß zur Aufnahme einer zu zerstäubenden Flüssigkeit, an dessen Boden ein piezoelektrischer Wandler angebracht ist, der mit einer Ultraschallschwingung erregt wird. Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 soll ein solcher bekannter Ultraschall-Zerstäuber beschrieben werden, wobei Fig. 1 ein Schaltbild und Fig. 2 den Zusammenhang zwischen Versorgungsspannungsänderungen und Zerstäubungsrate zeigt.

In dem Schaltbild nach Fig. 1 erkennt man zwei Anschlußklemmen A und B, denen eine Wechselspannung zugeführt wird, die von einem Gleichrichter 1 gleichgerichtet und durch einen Siebkondensator 2 geglättet wird. Die an den Leitungen P und N anstehende Gleichspannung wird einem Colpitts-Oszillator zugeführt. Dieser besteht aus einem Transistor 3, dessen Kollektor über eine Spule 4 mit der positiven Stromversorgungsleitung P und dessen Emitter über eine Spule 5 mit der negativen Stromversorgungsleitung N verbunden ist. Weiterhin gehört zu dem Colpitts-Oszillator ein Kondensator 6, der die Spule 4 zu einem Parallelresonanzkreis ergänzt und der zwischen den Kollektor des Transistors 3 und die negative Stromversorgungsleitung N geschaltet ist. Der piezoelektrische Wandler 8 weist einen Durchmesser von 20 mm auf und eine Resonanzfrequenz von etwa 1,65 MHz. Er ist über einen Gleichspannungs-Trennkondensator 7 zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors 3 geschaltet. Dieser Trennkondensator 7 kann auch entfallen, ohne daß die Wirkungsweise des Oszillators dadurch beeinträchtigt wird. Ein

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Vorwiderstand 9 ist zwischen die Basis des Transistors 3 und die positive Versorgungsleitung P geschaltet. Ein Kondensator 10 ist zwischen'die Basis des Transistors 3 und die negative Versorgungsleitung N geschaltet. Eine Serienschaltung, bestehend aus einer Diode 11, einem einstellbaren Widerstand 12 und einem Festwiderstand 13 ist parallel zum Kondensator 10 geschaltet. Normalerweise erhält man mit einem solchen Oszillator eine Erregerleistung von einigen 10 Watt.

Dieser bekannte Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber weist jedoch keine Stabilisierung auf. Eine Änderung der Eingangswechselspannung (beispielsweise 48 V) hat eine außerordentlich starke Veränderung der Zerstäubung zur Folge, wie Fig. 2 zeigt. Der bekannte Schaltkreis kann daher nicht als Erregerkreis für die Feinzerstäubung von Kerosin in Brennern oder zur Zerstäubung von Arznei in medizinischen Geräten verwendet werden, wo man konstante Zerstäubungsverhältnisse benötigt. Es müssen daher Maßnahmen zur Stabilisierung der Zerstäubung getroffen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber anzugeben, der die zuvor erwähnten Nachteile nicht aufweist und eine von der Versorgungsspannung unabhängige Zerstäubungsrate zeigt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 7 näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 3 den Erregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber;

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Fig. 4 die Übertragungsfunktion des Feldeffekttransistors;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Spannung U₂ (Fig. 3) und dem Basisvorstrom des Oszillatortransistors;

Fig. 6 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Basisvorstrom am Oszillatortransistor und der Zerstäubungsrate, und

Fig. 7 eine mit einem Operationsverstärker arbeitende Ausführungsform der Erfindung.

Die Primärwicklung 2OA eines Transformators 20 ist zwischen den Kollektor und die Basis eines Transistors 3 über einen Gleichspannungs-Trennkondensator 7 eingeschaltet. Ein piezoelektrischer Wandler 8 ist an die Sekundärwicklung 2OB des Transformators 20 geschaltet. Auf der Basisseite des Transistors 3 ist ein Ausgangs-Stabilisierungskreis 30 vorgesehen. In diesem Kreis 30 ist eine Diode 31 an eine Tertiärwicklung 2OC des Transformators 20 angeschaltet, um die negative Halbwelle einer Hochfrequenzspannung M-, , die proportional der Eingangsleistung, -spannung oder dem -strom des piezoelektrischen Wandlers 8 ist, aufzunehmen. Der von der Diode 31 gleichgerichtete Ausgang wird nach Glättung durch einen Kondensator 32 einem Einstellwiderstand 33,.zugeführt. Eine Gleichspannung V„, die an dem Einstellwiderstand 33 abgegriffen wird, ist dem Gate eines Feldeffekttransistors 34 zugeführt. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 34 ist über einen Widerstand 35 mit der positiven Versorgungsleitung P verbunden, während die Source-Elektrode über einen Widerstand 36 mit der negativen Versorgungsleitung N verbunden ist. Die Source-

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Spannung liegt an der Basis eines weiteren Transistors 37 und steuert dessen Strom. Der Transistor 37 liefert über einen Widerstand 38 einen Basisstrom zum Transistor 3. Die übrige Schaltung entspricht jener nach Fig. 1.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 hängt die Erregerleistung am piezoelektrischen Wandler 8 bzw. dessen Zerstäubungsrate von der Gleichspannung U₂ (d.h. der Spannung zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 34) ab, die am einstellbaren Widerstand 33 eingestellt ist, vorausgesetzt, daß in den Außenbedingungen, wie beispielsweise in der Eingangswechselspannung, keine Veränderungen auftreten. Dies rührt daher, daß die Gleichspannung V_ den Drain-Strom des Feldeffekttransistors 34 bestimmt, weiterhin den Basisstrom des Transistors 37 und als Folge davon den Basisvorstrom des Transistors 3.

Wenn die Zerstäubungsrate aufgrund einer Veränderung der Eingangswechselspannung ansteigt, dann wird die Hochfrequenzspannung V, größer und die Gleichspannung V„ steigt in negativer Richtung an. Die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors wird daher stärker negativ vorgespannt. Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Übertragungsfunktion des Feldeffekttransistors nimmt der Drain-Strom ab, die Basisspannung des Transistors wird herabgesetzt und der Basisvorstrom des Transistors 3 fällt. Der Basisvorstrom ändert sich daher entsprechend der Veränderung der Gleichspannung V„, wie es Fig. 5 zeigt. Andererseits besteht zwischen dem Basisvorstrom und der Zerstäubungsrate der in Fig. 6 dargestellte Zusammenhang. Die Zerstäubungsrate verändert sich in negativer Richtung entsprechend der Abnahme des Basisstromes, um die Steigerung der Zerstäubungsrate auszugleichen, die durch die Veränderung der Außenbedingungen hervorgerufen wurde.

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Wenn andererseits die Zerstäubungsrate aufgrund einer Veränderung der Eingangswechselspannung fällt, dann wird die Hochfrequenzspannung V, kleiner und der Absolutwert der Gleichspannung V„ wird ebenfalls kleiner. Die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 34 wird daher mehr in Null-Richtung vorgespannt und der Basisvorstrom des Transistors 3 steigt, was zur Folge hat, daß die Zerstäubungsrate steigt, um die durch die Veränderung der Außenbedingungen hervorgerufene Abnahme der Zerstäubungsrate zu kompensieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, die durch Außenbedingungen hervorgerufenen Veränderungen der Zerstäubungsrate nahezu vollständig zu kompensieren und sie auf einem Festwert zu halten, indem man einen Stabilierungskreis 30 für den Transistoroszillator verwendet, der die in Fig. 5 dargestellten Eigenschaften aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Stabilisierungskreis 30 aus der Kombination eines Feldeffekttransistors und weiterer Transistoren, es läßt sich jedoch auch an deren Stelle ein Operationsverstärker einsetzen. Anstelle einer Tertiärwicklung zur Gewinnung eines der Erregerleistung entsprechenden Signals läßt sich auch die Spannung oder der Strom am piezoelektrischen Wandler abgreifen und als Meßsignal einsetzen.

Fig. 7 zeigt eine solche Ausführungsform der Erfindung. Hier wird anstelle des Feldeffekttransistors 34 und des weiteren Transistors 37 der Ausführungsform nach Fig. 3 ein Operationsverstärker 54 eingesetzt. Der piezoelektrische Wandler ist in Serie mit der Primärwicklung 4OA eines nur zwei Wicklungen aufweisenden Transformators 40 zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 3 geschaltet.

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An die Sekundärwicklung 4OB des Transformators ist eine Hochfrequenzdiode 51, ein Kondensator 52 und parallel zu letzterer ein einstellbarer Widerstand 53 geschaltet. Hit letzterem kann das Eingangssignal für den Operationsverstärker 54 eingestellt werden. An Widerständen 55 und 57, die vor bzw. über den Operationsverstärker 54 geschaltet sind, kann die Höhe der Gleichspannung des Operationsverstärkers bestimmt werden. Am einstellbaren Widerstand 53 läßt sich der Rückkopplungsgrad einstellen. Mit Hilfe eines Transistors 59 wird der Basisstrom am Transistor 3 gesteuert.

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Claims

Ansprüche

1.jErregerkreis für einen Ultraschall-Zerstäuber, bestehend ^-^ aus einem Transistoroszillator zum Erregen eines Ultraschallwellen erzeugenden piezoelektrischen Vibrators, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Ausgangsleistung stabilisierender Schaltkreis (30) vorgesehen ist, der die dem Vibrator zugeführte Antriebsenergie, -spannung oder den -strom prüft und den Basisvorstrom des Oszillatortransistors (3) vermindert oder steigert, wenn der Meßwert von Antriebsenergie, -spannung oder -strom steigt bzw. fällt.

2. Erregerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungskreis (30) einen Feldeffekttransistor (34,37) und wenigstens einen weiteren Transistor enthält.

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MÜNCHEN: TELEFON (ΟΒβ) 225588 KABEL: PROPINDUS -TELEX OO 24 244

BERLIN: TELEFON (O3O) 83.2083
KABEL: PHOPiNDUS · TELEX O! β*Ο5»

ORIGINAL INSPECTED

3. Erregerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungskreis einen Operationsverstärker (54) enthält.

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ORiGIiMAL INoPECTED