-
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine
Vorrichtung mit einem piezoelektrischen Wandler, mit einer
Versorgungsquelle elektrischer Energie, die eine erste
Spannung erzeugt, und mit Steuermitteln, die auf einen ersten
Zustand eines Steuersignais ansprechen, um an den Wandler eine
Steuergleichspannung anzulegen, und bei einem zweiten Zustand
des Steuersignals den Wandler kurzzuschliessen, welche
Steuermittel Spannungserhöhungsmittel umfassen, die auf die
erste Spannung reagieren, um die Steuergleichspannung zu
erzeugen, und die eine Spule, eine Diode und einen in Serie in
dieser Reihenfolge geschalteten Kondensator umfassen,
angeschlossen zwischen den Klemmen der Speisequelle, und mit
Mitteln zum alternierenden Etablieren bzw. Unterdrücken eines
Kurzschlusses an den Klemmen des von der Diode und dem
Kondensator gebildeten Kreises.
-
Man verwendet sehr oft einen piezoelektrischen Wandler,
um als Antwort auf ein Steuersignal eine Verlagerung eines
mechanischen Elementes über eine geringe und klar bestimmte
Distanz hervorzurufen (siehe beispielsweise das Dokument US-A-
5 036 263).
-
Es ist nicht möglich, hier alle mechanischen Elemente zu
erwähnen, die so verlagert werden können. Als nicht
einschränkende Beispiele sollen einfach erwähnt werden: die
Membran einer Mikropumpe, die dazu bestimmt ist, einem
Patienten ein Medikament bei sehr schwacher und sehr gut
bestimmter Durchflussleistung einzuspritzen, oder ein
Werkzeughalter einer Maschine, die dazu bestimmt ist, mit sehr
hoher Präzision ein Teil zu bearbeiten, oder auch
aufzeichnende Düsen in den mit Tinte mosaikförmig
aufzeichnenden Vorrichtungen, wie sie im Dokument FR-A-2 329
445 beschrieben sind.
-
Die piezoelektrischen Wandler umfassen zwei Elektroden,
die auf einem Korpus aus einem piezoelektrischen Material
deponiert sind, der dazu bestimmt ist, sich als Antwort auf
das Anlegen einer Steuerspannung zwischen diesen Elektroden zu
deformieren, um die Verlagerung des mechanischen Elementes, an
welches er gekoppelt ist, herbeizuführen.
-
Die Form und die Abmessungen des Korpus aus
piezoelektrischem Material, die Anordnung der Elektroden auf
diesem Korpus und die Art und Weise, wie dieser letztere an
das mechanische Element, das verlagert werden soll, gekoppelt
ist, werden hier nicht beschrieben, denn sie hängen von der
Verwendung des Wandlers ab und können somit sehr
unterschiedlich sein.
-
Die Steuerspannung, die an diese Wandler angelegt werden
muss, um sie zum Funktionieren zu bringen, d.h. damit deren
Korpus aus piezoelektrischem Material sich auf gewünschte Art
und Weise deformiert, ist im allgemeinen höher als 50 Volt,
und sogar oft einiges höher als 100 Volt.
-
Nun müssen natürlich die mit solchen Wandlern
ausgestatteten tragbaren Apparate von einer autonomen
Versorgungsquelle gespeist werden, die nur von Batterien oder
wiederaufladbaren Akkumulatoren gebildet sein kann. In
zahlreichen Fällen ist übrigens der in diesen Apparaten
verfügbare Platz derart beschränkt, dass diese Quelle nur von
einer einzigen Batterie oder von einem einzigen
wiederaufladbaren Akkumulator gebildet sein kann.
-
Man erkennt, dass in den meisten Fällen die Spannung,
welche durch die Quelle elektrischer Energie der mit einem
piezoelektrischen Wandler ausgestatteten tragbaren Apparate
geliefert wird, viel zu niedrig ist, um diesen letzteren zum
Funktionieren zu bringen. Diese tragbaren Apparate müssen also
eine Steuervorrichtung umfassen, die fähig ist, die für das
Funktionieren dieses Wandlers nötige Hochspannung, ausgehend
von der durch ihre Versorgungsquelle erzeugte Niederspannung,
zu erzeugen und diese Hochspannung an diesen Wandler
anzulegen, wenn dieser funktionieren soll.
-
Figur 1 stellt schematisch eine bekannte Vorrichtung
dar, die zur Bestückung eines solchen tragbaren Apparates
bestimmt ist.
-
Diese Vorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1
bezeichnet ist, umfasst einen piezoelektrischen Wandler 2,
eine Versorgungsquelle elektrischer Energie 3, die
beispielsweise von einer Batterie, welche eine Spannung in der
Grössenordnung von 1,5 V liefert, gebildet wird, einen
Spannungserhöhungskreis 4, der, ausgehend von dieser relativ
niedrigen Spannung, die für das Funktionieren des Wandlers 2
nötige erhöhte Steuerspannung liefert, und einen
Kommutatorkreis 5, der dazu bestimmt ist, diese Steuerspannung
an diesen Wandler 2 anzulegen oder ihn kurzzuschliessen, je
nachdem, ob er sich deformieren soll oder nicht. Ein solcher
Spannungserhöhungskreis 4 ist zum Beispiel aus dem Katalog
"1990 integrated circuits data book", Laser & Electronic
Equipment (siehe Seite 6, Figur 4) der Gesellschaft Maxim
bekannt.
-
Die positive Klemme und die negative Klemme der Batterie
3 sind jeweils mit den Bezugszeichen 3a bzw. 3b
gekennzeichnet, und es soll für die Folge dieser Beschreibung
angenommen werden, dass das Potential dieser letzteren Klemme
3b das Referenzpotential der Vorrichtung 1 ist. Alle
nachfolgend erwähnten Spannungen sind also Spannungen, die in
Bezug auf diese Klemme 3b gemessen werden.
-
Der Spannungserhöhungskreis 4 umfasst zwei
Versorgungsklemmen 4a und 4b, die jeweils an die positive Klemme 3a bzw.
an die negative Klemme 3b der Batterie 3 angeschlossen sind,
sowie einen Kondensator 6 und einen Kreis zum Aufladen 7
dieses Kondensators 6.
-
Der Belastungskreis 7 umfasst ebenfalls eine Spule 8 und
eine Diode 9, die in dieser Reihenfolge zwischen der Klemme 4a
und einer der Klemmen des Kondensators 6 in Serie geschaltet
sind, wobei die andere Klemme dieses letzteren an die Klemme
4b angeschlossen ist.
-
Der Belastungskreis 7 umfasst ebenfalls einen Transistor
MOS 10, dessen Quelle und Drain jeweils an die
Versorgungsklemme 4b bzw. an den Verbindungspunkt A der Spule
8 und der Diode 9 angeschlossen sind. Der Kanal dieses
Transistors 10 ist also mit der von der Diode 9 und dem
Kondensator 6 gebildeten Schaltung parallelgeschaltet.
-
Die Steuerelektrode des Transistors 10 ist an den
Ausgang ha eines Oszillatorkreises 11 angeschlossen, der von
der Batterie 3 gespeist wird und einen Steuereingang 11b
umfasst, dessen Aufgabe später beschrieben wird.
-
Dieser Steuereingang llb ist an den gemeinsamen Punkt B
zweier in Serie geschalteten Widerstände 12 und 13
angeschlossen, die einen mit dem Kondensator 6
parallelgeschalteten Spannungsteiler bilden.
-
Der Oszillatorkreis 11 umfasst eine
Referenzspannungsquelle (nicht separat dargestellt), die eine Spannung
Ur liefert, und er ist derart angeordnet, dass, wenn sein
Eingang 11b eine niedrigere Spannung als diese Spannung Ur
aufweist, sein Ausgang 11a ein periodisches Signal abgibt, das
den Transistor 10 alternierend zum Leiter macht oder ihn
blockiert, und dass, wenn sein Eingang 11b eine höhere
Spannung als diese Spannung Ur aufweist, sein Ausgang 11a ein
ununterbrochenes Signal abgibt, das den Transistor 10
permanent blockiert. Dieser Oszillatorkreis 11 ist bei den
Fachleuten gut bekannt und wird hier also nicht näher im
Detail beschrieben.
-
Die Widerstandswerte 12 und 13 werden derart gewählt,
dass die Spannung Ub am Punkt B, die ebenfalls die Spannung
des Eingangs lib des Oszillators 11 ist, gleich der weiter
oben erwähnten Referenzspannung Ur ist, während die Spannung
Uc an den Klemmen des Kondensators 6, die ebenfalls die von
der Schaltung 4 an seinem Ausgang gelieferte Spannung ist,
gleich der für das Funktionieren des Wandlers 2 nötigen
Steuerspannung Ut ist.
-
Solange die Spannung Uc niedriger als die Steuerspannung
Ut ist, ist die Spannung Ub somit niedriger als die
Referenzspannung Ur, und der Transistor 10 wird durch das
durch den Ausgang lla des Oszillators 11 gelieferte Signal
alternierend in seinen leitenden bzw. seinen blockierten
Zustand versetzt.
-
Solange der Transistor 10 Leiter ist, lässt er durch die
Spule 8 einen Strom von der Klemme 3a zu der Klemme 3b der
Batterie 3 fliessen.
-
Jedesmal, wenn der Transistor 10 blockiert wird, wird
dieser Strom durch die Diode 9 zum Kondensator 6 umgeleitet
und ladet diesen letzteren dank der Tatsache auf, dass die
Spannung am Punkt A dann zunimmt, bis sie die Spannung Uc
übersteigt.
-
Diese Spannung Uc nimmt also progressiv zu, bis sie die
Spannung Ut übersteigt, was zur Folge hat, dass die Spannung
Ub höher wird als die Spannung Ur. Der Oszillator 11 hört dann
auf zu funktionieren, und der Transistor 10 wird blockiert.
-
Diese Situation bleibt unverändert, bis der Kondensator
6 sich entlädt und bis die Spannung Uc wieder niedriger wird
als die Spannung Ut, was zur Folge hat, dass die Spannung Ub
wieder niedriger wird als die Spannung Ur.
-
Der Oszillator 11 fängt wieder an zu funktionieren, und
der Kondensator 6 wird erneut aufgeladen, wie dies weiter oben
beschrieben worden ist.
-
Die Spannung Uc ist also permanent merklich gleich der
Steuerspannung Ut, wobei die Merkmale der verschiedenen
Komponenten der Schaltung 4, insbesondere die Frequenz des
periodischen Signals, welches durch den Ausgang 11a des
Oszillators 11 bei dessen Funktionieren geliefert wird, und
die Hysterese der Schaltung, die in diesem Oszillator 11 die
Spannung Ub mit der Referenzspannung Ur vergleicht, derart
gewählt werden, dass die Differenz zwischen diesen Spannungen
Uc und Ut immer gering ist.
-
Der Kommutatorkreis 5, der dazu bestimmt ist, die
Spannung Uc, welche vom Spannungserhöhungskreis 4 auf die
soeben beschriebene Art und Weise erzeugt wird, an den Wandler
2 anzulegen, umfasst einen Transistor MOS 14, dessen Quelle an
die negative Klemme 3b der Batterie 3 und dessen Drain an den
Ausgang 4c des Spannungserhöhungskreises über einen Widerstand
15 angeschlossen sind. Die Steuerelektrode dieses Transistors
14 ist an eine Klemme 5a angeschlossen, die dazu bestimmt ist,
ein Steuersignal zu empfangen, das später beschrieben wird.
-
Der Kreis 5 umfasst noch einen anderen Transistor MOS
16, dessen Drain direkt an den Ausgang 4c der Schaltung 4
angeschlossen ist und dessen Quelle einerseits über eine Diode
17 an den Drain des Transistors 14 und andererseits über einen
Widerstand 18 an eine Ausgangsklemme 5b angeschlossen ist. Die
Steuerelektrode dieses Transistors 16 ist an den Drain des
Transistors 14 angeschlossen.
-
Eine der Elektroden des Wandlers 2 (mit 2a
gekennzeichnet) ist an die oben erwähnte Ausgangsklemme 5a
angeschlossen, und die andere Elektrode dieses Wandlers 2 (mit
2b gekennzeichnet) ist an eine zweite Ausgangsklemme 5c
angeschlossen, die ihrerseits an die negative Klemme 3b der
Batterie 3 angeschlossen ist. Diese zweite Ausgangsklemme 5c
kann im übrigen fehlen, wobei dann die zweite Elektrode 2b des
Wandlers 2 beispielsweise direkt an die Klemme 3b der Batterie
3 angeschlossen werden kann.
-
Die Schaltung, die auf die Klemme 5a des
Kommutatorkreises 5 das oben erwähnte Steuersignal abgibt,
wurde nicht dargestellt, denn ihre Struktur hängt vom Wesen
des Apparates ab, wozu die Vorrichtung 1 gehört. Es soll
einfach bemerkt werden, dass, wie auch immer ihre Struktur
ist, diese Schaltung derart angeordnet ist, dass dieses
Steuersignal selektiv einen ersten Zustand, in welchem es die
Blockierung des Transistors 14 bewirkt, und einen zweiten
Zustand, im welchem es diesen Transistor 14 zum Leiter macht,
annimmt.
-
Im Beispiel der Figur 1 kann dieses Steuersignal das
gleiche Potential wie die negative Klemme 3b der Bättene 3
aufweisen, wenn es sich in seinem ersten Zustand befindet, und
es kann das gleiche Potential wie die positive Klemme 3a der
Batterie 3 aufweisen, wenn es sich in seinem zweiten Zustand
befindet.
-
Man erkennt ohne weiteres, dass, wenn dieses
Steuersignal sich in seinem ersten Zustand befindet und wenn
der Transistor 14 blockiert ist, der Transistor 16 als Leiter
funktioniert. Die durch den Spannungserhöhungskreis 4 erzeugte
Spannung Uc wird also zwischen den Elektroden 2a und 2b des
Wandlers 2 angelegt, was die gewünschte Deformation des Korpus
aus piezoelektrischem Material dieses Wandlers 2 und die
Verlagerung des ihm angeschlossenen mechanischen Organs
hervorruft.
-
Man erkennt ebenfalls leicht, dass, wenn das auf den
Eingang 5a des Kommutatorkreises 5 abgegebene Steuersignal
sich in seinem zweiten Zustand befindet, und wenn der
Transistor 14 als Leiter wirkt, der Transistor 16 blockiert
ist. Der Wandler 2 ist also vom Spannungserhöhungskreis 4
abgeschaltet, und seine Elektroden 2a und 2b werden praktisch
kurzgeschlossen. Dieser Wandler 2 befindet sich also in seinem
Ruhezustand.
-
Die Diode 17 dient einzig und allein dazu, die
Blockierung des Transistors 16 zu verbessern, wenn der
Transistor 14 als Leiter funktioniert, und der Widerstand 18
dient dazu, den Strom, der entweder durch den Transistor 16
fliesst, und zwar in dem Augenblick, wenn dieser letztere zum
Leiter wird, oder der durch den Transistor 14 fliesst, und
zwar ebenfalls in dem Augenblick, wenn dieser letztere zum
Leiter wird, zu begrenzen.
-
Der Kondensator 6 des Spannungserhöhungskreises 4 weist
im allgemeinen eine ziemlich hohe Kapazität in der
Grössenordnung von einigen Mikrofarad auf. Ferner muss dieser
Kondensator 6 natürlich die durch diese Schaltung 4 erzeugte
Hochspannung aushalten. Daraus folgt, dass dieser Kondensator
6 ein ziemlich voluminöser Bestandteil ist, der nur schwierig
oder manchmal gar nicht im Apparat mit der Vorrichtung 1
aufgenommen werden kann, wenn dieser Apparat tragbar sein und
nur sehr geringe Abmessungen aufweisen soll. Ferner ist dieser
Kondensator 6 ein ziemlich teurer Bestandteil, dessen Preis
den Herstellüngspreis der bekannten Vorrichtungen, wie die
Vorrichtung 1 der Figur 1, ungünstig beeinflusst.
-
Ferner müssen ebenfalls die Transistoren 14 und 16 die
durch die Schaltung 4 erzeugte Hochspannung aushalten und sind
also auch teure Elemente, deren Preis den Herstellungspreis
der bekannten Vorrichtungen, wie die Vorrichtung 1 der Figur
1, ungünstig beeinflussen.
-
Andererseits verschwendet der von den Widerständen 12
und 13 gebildete Spannungsteiler eine ziemlich grosse
Quantität an elektrischer Energie, da die durch die Schaltung
4 erzeugte Hochspannung permanent an ihn angelegt ist.
-
Diese durch diesen Spannungsteiler verschwendete
elektrische Energie muss natürlich durch die Batterie 3, zum
Nachteil derer Lebensdauer, geliefert werden.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Vorrichtung vorzuschlagen, die dieselben Funktionen wie die
soeben mit Hilfe der Figur 1 beschriebene bekannte Vorrichtung
erfüllt, die jedoch nicht die Nachteile dieser letzteren
aufweist, das heisst, die, bei Gleichbleiben aller anderen
Dinge, einen geringeren Raumbedarf, Herstellungspreis und
Verbrauch an elektrischer Energie aufweist als diese bekannte
Vorrichtung.
-
Dieses Ziel wird dank der Tatsache erreicht, dass die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einen
piezoelektrischen Wandler, mit einer Versorgungsquelle elektrischer
Energie, die eine erste Spannung erzeugt, und mit
Steuermitteln, die auf einen ersten Zustand eines
Steuersignals ansprechen, um an den Wandler eine
Steuergleichspannung anzulegen, und bei einem zweiten Zustand
des Steuersignals den Wandler kurzzuschliessen, welche
Steuermittel Spannungserhöhungsmittel umfassen, die auf die
erste Spannung reagieren, um die Steuergleichspannung zu
erzeugen, und die eine Spule , eine Diode und einen in Serie
in dieser Reihenfolge geschalteten Kondensator umfassen,
angeschlossen zwischen den Klemmen der Speisequelle, und mit
Mitteln zum alternierenden Etablieren bzw. Unterdrücken eines
Kurzschlusses an den Klemmen des von der Diode und dem
Kondensator gebildeten Kreises dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Kondensator von dem Wandler gebildet ist, und dass
die Spannungserhöhungsmittel im übrigen auf den ersten Zustand
des Steuersignals reagieren, um die Steuergleichspannung zu
erzeugen.
-
Dank der Tatsache, dass der zu den
Spannungserhöhungsmitteln gehörende Kondensator vom Wandler selbst
gebildet ist, weist die Vorrichtung gemäss der Erfindung einen
geringeren Raumbedarf und Herstellungspreis auf als die mit
Hilfe der Figur 1 zuvor beschriebene bekannte Vorrichtung, da
sie keinen Kondensator umfasst, der dem Kondensator 6 dieser
letzteren Vorrichtung ähnlich ist. Desweitern wird diese
Spannung dank der Tatsache, dass die Spannungserhöhungsmittel
auf den ersten Zustand des Steuersignals zum Erzeugen der
Versorgungsspannung des Wandlers ansprechen, nicht permanent
erzeugt, was die Verschwendung elektrischer Energie durch den
zu ihnen gehörenden Spannungsteiler, der dem von den
Widerständen 12 und 13 der Schaltung 4 der Figur 1 gebildeten
Spannungsteiler ähnlich ist, vermindert, wie dies später
gezeigt wird.
-
Weitere Ziele und Vorteile der Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung einer
ihrer Ausführungsformen klar gemacht, welche mit Hilfe der
beigefügten Zeichnung gemacht wird, in der:
-
- die bereits erwähnte Figur 1 das Blockschema einer
Vorrichtung des Standes der Technik darstellt; und
-
- Figur 2 das Blockschema einer Ausführungsform der
Vorrichtung gemäss der Erfindung darstellt.
-
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung, die schematisch
und als Beispiel, das nicht als Beschränkung zu verstehen ist,
in Figur 2 dargestellt wird, wird insgesamt mit dem
Bezugszeichen 21 bezeichnet.
-
Diese Vorrichtung 21 umfasst einen Wandler 22 mit einem
Korpus aus einem piezoelektrischen Material, der nur
schematisch dargestellt worden ist und der dazu bestimmt ist,
sich auf eine bestimmte Art und Weise zu deformieren, und dies
als Antwort auf das Anlegen einer ebenfalls bestimmten
Spannung, die in der Folge dieser Beschreibung Spannung Ut
genannt wird, zwischen Elektroden, die auf diesem Korpus
angeordnet sind, und die mit den Bezugszeichen 22a und 22b
bezeichnet sind.
-
Die Deformation des Korpus aus piezoelektrischem
Material des Wandlers 22 ist dazu bestimmt, ein mechanisches
Element um eine geringe und klar bestimmte Distanz zu
verlagern. Dieses mechanische Element und dessen Verbindung
mit diesem Korpus des Wandlers 22 wurden nicht dargestellt.
-
Diese Vorrichtung 21 umfasst desweitern eine
Versorgungsquelle elektrischer Energie 23, die beispielsweise
aus einer Batterie bestehen kann, welche eine Spannung in der
Grössenordnung von 1,5 V liefert. Aus der Folge dieser
Beschreibung geht im übrigen klar hervor, dass der Wert dieser
Spannung in der vorliegenden Erfindung praktisch keine Rolle
spielt und dass es irgendein Wert sein kann.
-
Die positive Klemme und die negative Klemme der Quelle
23 werden jeweils mit den Bezugszeichen 23a bzw. 23b
bezeichnet, und das Potential dieser letzteren Klemme 23b wird
in der Folge dieser Beschreibung als das Referenzpotential der
Vorrichtung 21 betrachtet, sodass alle Spannungen, die
nachstehend erwähnt werden, Spannungen sind, die in Bezug auf
diese Klemme 23b gemessen werden.
-
Die Vorrichtung 21 umfasst ferner einen Steuerkreis 24
des Wandlers 22 mit zwei Versorgungsklemmen 24a und 24b, die
jeweils an die Klemmen 23a bzw. 23b der Quelle 23
angeschlossen sind, zwei Ausgangsklemmen 24c und 24d, die
jeweils an die Elektroden 22a und 22b des Wandlers 22
angeschlossen sind, und eine Eingangsklemme 24e, dessen
Aufgabe später beschrieben wird.
-
Die Ausgangsklemme 24d, die in diesem Beispiel an die
Versorgungsklemme 24b angeschlossen ist, kann ausserdem
fehlen, wobei dann die Elektrode 22b des Wandlers 22 direkt an
die Klemme 23b der Quelle 23 angeschlossen sein kann.
-
Die Steuerelektrode des Transistors 27 ist an den
Ausgang 28a einer Oszillatorschaltung 28 angeschlossen, die
von der Quelle 23 gespeist wird, und die zwei Steuereingänge
28b und 28c umfasst, deren Aufgabe später beschrieben wird.
-
Der Steuereingang 28b des Oszillators 28 ist an den
gemeinsamen Punkt D zweier Widerstände 29 und 30
angeschlossen, die zwischen den Klemmen 24c und 24d in Serie
geschaltet sind und also einen Spannungsteiler bilden, der mit
dem Wandler 22 parallelgeschaltet ist.
-
Der Steuereingang 28c des Oszillators 28 ist an die
Klemme 24e der Schaltung 24 und an einen Umkehrschalter 31
angeschlossen, dessen Ausgang an die Steuerelektrode eines
Transistors MOS 32 vom Typus n angeschlossen ist. Die Quelle
und der Drain dieses Transistors 32 sind jeweils an die Klemme
24d bzw., über einen Widerstand 33, an die Klemme 24c
angeschlossen. Die vom Kanal des Transistors 32 und vom
Widerstand 33 gebildete Schaltung ist also ebenfalls mit dem
Wandler 22 parallelgeschaltet.
-
In der nachfolgenden Beschreibung über die Betriebsart
der Vorrichtung 21 und in Übereinstimmung mit einer allgemein
anerkannten Konvention bezeichnet man den Zustand der
verschiedenen Signale, die nachstehend erwähnt werden, als
logischen Zustand "0" oder als logischen Zustand "1", je
nachdem, ob die Spannung dieser Signale null beträgt oder
wenigstens nähe bei null liegt, oder ob sie nahe bei der
Spannung der Klemme 24a liegt, d.h. nahe bei der durch die
Versorgungscuelle 23 gelieferten Spannung.
-
Da die Transistoren 27 und 32 vom Typus n sind und deren
Quelle an die Klemme 24b der Schaltung 24 angeschlossen ist,
erkennt man, dass sie blockiert sind oder als Leiter wirken,
je nachdem, ob sich das an deren Steuerelektrode angelegte
Signal im logischen Zustand "0" oder "1" befindet.
-
Wie die Schaltung 11 der Figur 1 umfasst der
Oszillatorkreis 28 eine Referenzspannungsquelle (ebenfalls
nicht separat dargestellt), die eine konstante Spannung
liefert, welche ebenfalls Spannung Ur genannt wird. Diese
Oszillatorschaltung 28 ist derart angeordnet, dass das durch
ihr Ausgang 28a gelieferte Signal, welches in der Folge dieser
Beschreibung Signal 28a genannt wird, alternierend die
logischen Zustände "0" und "1" annimmt, wenn ihr Eingang 28b
eine niedrigere Spannung als die zuvor beschriebene Spannung
Ur aufweist, und wenn sie gleichzeitig ihr Eingang 28c sich im
logischen Zustand "1" befindet. Die Oszillatorschaltung 28 ist
ferner derart angeordnet, dass sich dieses Signal 28a
permanent im logischen Zustand "0" befindet, wenn ihr Eingang
28b eine höhere Spannung als die Spannung Ur aufweist, oder
wenn sich ihr Eingang 28c im logischen Zustand "0" befindet.
Diese Oszillatorschaltung 28 wird nicht näher im Detail
beschrieben, denn ihre Herstellung, die auf verschiedene Art
und Weisen ausgeführt werden kann, gibt dem Fachmann keinerlei
Probleme auf.
-
Die Werte der Widerstände 29 und 30 werden derart
gewählt, dass die Spannung ihres gemeinsamen Punktes D, welche
Spannung Ud genannt wird, der oben erwähnten Spannung Ur
entspricht, wenn die Spannung an den Klemmen des von ihnen
gebildeten Spannungsteilers, welche Spannung Us genannt wird,
der oben definierten Spannung Ut entspricht. Die Spannungen Ud
und Us sind natürlich auch diejenigen, die jeweils an den
Eingang 28b des Oszillators 28 bzw. an die Elektroden 22a und
22b des Wandlers 22 angelegt werden.
-
Der Eingang 24e der Schaltung 24 ist an einen
Steuerkreis angeschlossen, der ein Steuersignal Sc auf ihn
abgibt und der derart angeordnet ist, dass sich dieses Signal
Sc im logischen Zustand "1" oder "0" befindet, je nachdem, ob
der Wandler 22 der Spannung Ut unterworfen werden soll oder
nicht. Dieser Kreis ist nicht dargestellt worden, denn seine
Struktur hängt von der Beschaffenheit des Apparates, zu
welchem die Vorrichtung 21 gehört, ab.
-
Man erkennt leicht, dass, wenn sich das Signal Sc im
logischen Zustand "0" befindet, der Transistor 32, dessen
Steuerelektrode sich dann im logischen Zustand "1" befindet,
als Leiter funktioniert. Die Spannung Us ist also null, und
der Wandler 22 befindet sich in seinem nicht-deformierten
Zustand.
-
Die Spannung Ud ist also ebenfalls null und somit
niedriger als die oben definierte Spannung Ur. Das Signal 28a
bleibt jedoch permanent im logischen Zustand "0", da sich das
Signal Sc im logischen Zustand "0" befindet. Der Transistor 27
ist also blockiert.
-
Wenn das Signal Sc in den logischen Zustand "1"
übergeht, wird der Transistor 32 blockiert, da seine
Steuerelektrode dann in den logischen Zustand "0" übergeht.
-
Ferner fängt das Signal 28a an, zwischen den logischen
Zuständen "0" und "1" zu oszillieren, da in diesem Augenblick
die Spannung Ud noch null und somit niedriger als die Spannung
Ur ist, und da sich das Signal Sc im logischen Zustand "1"
befindet.
-
Wenn sich dieses Signal 28a im logischen Zustand "1"
befindet, ist der Transistor 27 leitend und lässt Strom von
der Klemme 23a zu der Klemme 23b der Batterie 23 durch die
Spule 25 fliessen.
-
Wenn sich dieses Signal 28a im logischen Zustand "0"
befindet, wird der Transistor 27 blockiert, und der oben
erwähnte Strom wird durch die Diode 26 zum Wandler 22
umgeleitet.
-
Dieser Wandler 22 bildet einen Kondensator, dessen
Platten von den Elektroden 22a und 22b gebildet werden, und
dessen Dielektrikum vom Korpus aus piezoelektrischem Material
dieses Wandlers 22 gebildet wird.
-
Dieser Kondensator wird jedesmal, wenn der Transistor 27
blockiert wird, durch den Strom, der durch die Diode 26
fliesst, aufgeladen, sodass die Spannung Us anfängt höher zu
werden.
-
Nach einigen Perioden des Signals 28a, erreicht und
übersteigt diese Spannung Us einen Wert Ut, und der Wandler 22
nimmt seinen deformierten Zustand an. In demselben Augenblick
erreicht und übersteigt die Spannung Ud die Spannung Ur, und
das Signal 28a nimmt den logischen Zustand "0" an, was den
Transistor 27 blockiert.
-
Diese Situation bleibt unverändert, bis die Spannung Us
wieder unter den Wert Ut absinkt, und bis die Spannung Ud also
wieder niedriger als die Spannung Ut ist.
-
Ab diesem Augenblick beginnt das Signal 28a wieder,
alternierend die logischen Zustände "1" und "0" anzunehmen,
und die Spannung Us fängt wieder an zuzunehmen, und zwar mit
denselben Konsequenzen wie zuvor.
-
Die Merkmale der verschiedenen Bestandteile der
Schaltung 21, insbesondere die Hysterese der Schaltung, die im
Oszillator 28 die Spannung Ud mit der Spannung Ur vergleicht,
sowie die Frequenz des Signals 28a, wenn dieses zwischen den
logischen Zuständen "0" und "1" oszilliert, werden natürlich
derart gewählt, dass die Differenz zwischen den Spannungen Us
und Ut immer gering bleibt, nachdem diese beiden Spannungen
zum erstenmal gleich geworden sind.
-
Solange sich das Signal 24e im logischen Zustand "1"
befindet, ist also der Wandler 22 einer Spannung unterworfen,
die merklich gleich der Spannung Ut ist, und befindet sich in
seinem deformierten Zustand.
-
Wenn dieses Signal 24e wieder seinen logischen Zustand
"0" annimmt, nimmt das Signal 28a ebenfalls den logischen
Zustand "0" an, und der Transistor wird wieder zum Leiter. Die
Spannung Us wird also wieder null, da der vom Wandler 22
gebildete Kondensator kurzgeschlossen ist. Dieser Wandler 22
nimmt also wieder seinen nicht-deformierten Zustand an.
-
Die Kapazität des vom Wandler 22 gebildeten Kondensators
ist im allgemeinen sehr gering. Es ist also einfach, die
Merkmale der verschiedenen Bestandteile der Schaltung 24
derart zu wählen, dass die Schwankungen der Spannung Us sich
sehr schnell ereignen, wenn das Signal 24e von einem seiner
logischen Zuständen in den anderen übergeht. Die Reaktionszeit
der Vorrichtung 21, d.h. die Zeit, die zwischen jedem
Zustandswechsel des Signals 24e und dem entsprechenden
Zustandswechsel des Wandlers 22 verstreicht, kann also ebenso
kurz sein wie diejenige der durch die Figur 1 dargestellten
bekannten Vorrichtung, obwohl in dieser Vorrichtung 21 die für
das Funktionieren des Wandlers 22 nötige Hochspannung nicht
permanent erzeugt wird.
-
Man erkennt, dass die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung deutlich einfacher ist als die bekannten
Vorrichtungen, wie beispielsweise die Vorrichtung 1 der Figur
1, da sie keinen Kondensator mit grosser Kapazität, wie der
Kondensator 6 der Figur 1, umfasst, und da sie keine
Schaltung, wie die vom Transistor 16, von der Diode 17 und vom
Widerstand 15 der Vorrichtung der Figur 1 gebildete Schaltung,
umfasst, die dazu bestimmt ist, an den Wandler die für sein
Funktionieren nötige Hochspannung anzulegen.
-
Das Fehlen dieser Bestandteile, insbesondere dieses
Kondensators und dieses Transistors, welches teuere
Bestandteile sind, bewirkt natürlich bei Gleichbleiben aller
anderen Dinge, dass der Herstellungspreis der Vorrichtung
gemäss der Erfindung tiefer ist als derjenige der bekannten
Vorrichtungen.
-
Desweitern bewirkt das Fehlen des Kondensators, wie zum
Beispiel des Kondensators 6 der Figur 1, welches ein ziemlich
voluminöser Bestandteil ist, bei Gleichbleiben aller anderen
Dinge, dass der Raumbedarf einer Vorrichtung gemäss der
Erfindung geringer ist als derjenige einer bekannten
Vorrichtung.
-
Ferner wird die zum Funktionieren des Wandlers nötige
Hochspannung in der Vorrichtung gemäss der Erfindung nur
erzeugt, wenn dieser letztere seinen deformierten Zustand
annehmen soll.
-
Die elektrische Energie, die durch den Spannungsteiler,
welcher im Beispiel der Figur 2 von den Widerständen 29 und 30
gebildet wird, zerstreut wird, ist also deutlich geringer als
diejenige, die durch den entsprechenden Spannungsteiler der
bekannten Vorrichtungen, d.h. durch denjenigen, der von den
Widerständen 12 und 13 im Beispiel der Figur 1 gebildet wird,
verschwendet wird.
-
Daraus folgt bei Gleichbleiben aller anderen Dinge, dass
die Lebensdauer der Versorgungsbatterie der Vorrichtung gemäss
der Erfindung deutlich grösser ist als diejenige der
Versorgungsbatterie einer bekannten Vorrichtung.