Пьезоэлектронное генераторное устройство

Пьезоэлектронное генераторное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскии

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ >961110 (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 01. 12. 80 (21) 3214251/18-21 (51)М. Кд. с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет

Н 03 К 3/45

1оордврстккнныв комитвт СССР ао долам нзаоретенн11 и открытой

Опубликовано 23. 09. 82. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 23 . 09. 82 (58) УДК 621 374

-(088 ..8) А. А. Ерофеев, В. С. Акопян и А. А. Ушаков, (72) Авторы изобретения л

Ленинградский ордена Ленина политехническ, ин6тйтут им. М. И. Калинина (71) Заявитель (54) ПБЕЗОЭЛЕКТРОННОЕ ГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится. к импульсной технике, а также может быть использовано в качестве функционального модуля для устройств стабилизации с пьезокерамическими трансформаторами.

Известны генераторы на пьезокерамических элементах, используемые в устройствах автоматики.

В известных устройствах генераторный эффект достигается за счет применения тонкой пьезокерамической пластины (диска) с двумя парами электродов в качестве пассивного двухполюсника в цепи обратной связи генератора Колпитца, и желаемый эффект . достигается использованием зависимог сти проводимости подэлектродных областей пластины (диска) от степени остаточной поляризации, либо примене-го нием пьезокерамического трансформа;тора (ПЭТ), входные электроды которого соединены с коллектором управ.ляющего транзистора и общей шиной, а

2 выходной электрод - с базой, и желаемый эффект достигается управлением входного питающего напряжения на резонансной или близкой к ней частоте CI l.

Недостатками этих устройств являются применение ПЭТ, низкая амплитуда выходного сигнала, низкое быст- родействие, а также недостаточная надежность работы.

Наиболее близким .по технической сущности к предлагаемому является пьезоэлектронный автогенератор на основе ПЭТ, в котором генераторный эффект достигается применением

МДП-транзистора с встроенным каналом п-типа, исток которого подключен к входным электродам ПЭТ, а подложка соединена с общей шиной, выходной электрод ПЭТ подключен к затвору, при этом питание подается на сток

МДП-транзистора. Переход р-и истокподложка за счет отрицательного питающего напряжения смещен в прямом .

3 . 96111 направлении. Он шунтирует вход ПЭТ и изменяет амплитуду напряжения на его входе в зависимости от величины напряжения на затворе. Таким образом, соблюдаются условия возникновения автоколебаний на резонансной или близкой .к ней частоте Е ».

Недостатками такого устройства являются применения ПЭТ, низкая частота, низкая амплитуда выходного 1О сигнала, а также .недостаточная надежность работы устройства.

Цель изобретения - увеличение надежности и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, 15 что в пьезоэлектронное устройство, содержащее амплитудный детектор-фор мирователь, генератор с управляющим входом, введен пьезокерамический элемент со сплошными электродайи на гра" 2Î нях входной пластины, один из которых является общим с выходной пластиной, и гальванически не связанными электродами на другой грани выходной пластины, при этом выход генератора 25 подключен к электродам входной плас" . тины, а его управляющий вход соединен с выходом амплитудного детектора-формирователя, вход которого соединен с одним из электродов выходной пластины, зо другой электрод которой соединен с выходной шиной пьезоэлектронного генераторного устройства.

На фиг. 1 представлена схема пье35 зоэлектронного генераторного устроиства; на фиг. 2 -. характеристика пьезокерамического биморфного элемента (кривая 1) и зависимость частоты генератора от управляющего напряжения (кривая 2); на фиг. 3 — диаграм40 мы входных и выходного напряжений генераторного устройства.

Пьезоэлектронное генераторное устройство содержит пьезокерамиче- 4> ский биморфны% элемент, состоящий из входной 1 и выходной 2 пластин, связанных сплошным электродом 3 в акустически монолитную конструкцию, сплошной электрод 4 на другой грани 5в входной пластины, гальванически не связанные электроды 5 и 6 на грани выходной пластины соответственно соединены с выходной шиной

7 и входом амплитудного детектора- ss формирователя (АДФ) 8, выход которого подключен к входу генератора, управляемого напряжением (ГУН) 9.

О 1

Пьезоэлектронное устройство работает следующим образом.

Условимся, что направление стрел.ки указывает направление положительной остаточной поляризации.

Подэлектродыые области электродов

5 и б выходной пластины 2 и электрода 4 входной пластины 1 с целью получения максимальной амплитуды выходных напряжений поляризованы как показано на фиг, 1. ГУН 9 настроен таким образом, что при включении питания устройства прямоугольные (синусоидальные) сигналы с амплитудой, значительно меньше амплитуды переполяризации пьезокерамического элемента и частотой возбуждения, равной или близкой резонансной частоте пьезокерамического элемента f, f ïoäàþòñÿ на электроды 4 и 3 соединенной с шиной нулевого потенциала входной пластины 1. При этом за счет обратного пьезоэффекта

;пластина 1 деформируется. Эта деформация,передается выходной пластине 2 и, благодаря прямому пьезоэффекту, на шине 7 амплитуды выходных сигналов имеют максимальные (для данного способа включения пьезокерамического элемента) значения. Это соответствует рабочей точке А на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) пьезокерамического элемента (фиг. 2. кривые 1,2) и управляющему напряжению ГУН 9 U = U), которое поддерживается АДФ 8, состоящим соответственно из амплитудного детектора и формирователя инверсных максимальным и минимальным значениям выходных напряжений амплитудного детектора управляющих сигналов ГУН 9 (формирователь может быть исключен из АДФ 8 за счет некоторого ухудшения стабильности генераторного устройства) . Выходное напряжение АДФ 8 раЪно 0„= О„в течение времени, определяемого ийерционностью пьезокерамического элемента и постоянной времени амплитудного детектора..Когда выходное напряжение амплитудного детектора достигает максимального значения на выходе АДФ 8, управляющее напряжение ГУН 9 становится равным

U1. = Upg при котором частота выходных сигналов ГУН 9 равна f f f(1-"0,70,75 f ), рабочая точка на АЧХ смещается в точку В (фиг. 2, кривые 1,2) и, благодаря высокой добротности пье961110 зокерамического элемента, амплитуда выходного напряжения на шине 7 уменьшается (фиг. За, б,в). При этом уменьшается выходное напряжение амплитудного детектора и, по достиже нии минимального значения, на выходе АДФ 8 формируется управляющее напряжение ГУН 9, равное 0„= О, тем самым частота выходных сигйалов

ГУН 9 становится равной f - f,,раP бочая точка на А4Х смещается в точку

С (фиг. 2, кривые 1,2) и, благодаря высокой добротности пьезокерамического элемента, амплитуда выходного сигнала на шине 7 возрастает. Таким образом, обеспечивается автоколебательный режим генераторного устройства. Длительность выходных -сигналов с максимальными (минимальными) амплитадами определяется инерционностью пьезокерамического элемента и постоянной времени амплитудного детектора.Следует отметить, что при построе-. нии генераторного устройства в качестве рабочего может. быть выбран правый склон АЧХ и в качестве рабочих точки А и С, а также, что на электроды 3 и 4 входной пластины 1 от ГУН могут подаваться не только прямоугольные, но и синусоидальные 30 сигналы (показано на фиг. За пунктиром), т.е. ГУН может представлять собой генератор синусоидальных напря" жений. Такое генераторное устройство позволяет также осуществлять управ- 55 ление выходным напряжением на счет управляющего (модулирующего) сигнала, подаваемого на гальванически не связанный электрод выходной пластины (поканазо пунктиром на фиг. 1). 40

Использование предлагаемого устрой. ства имеет самостоятельное значение, как элемента импульсной техники, а также оно может быть использовано в качестве функционального модуля в уст l5 ройствах стабилизации напряжения с пьезокерамическими трансформаторами.

Это позволяет повысить точность и стабильность работы, увеличивает КПД и надежность, а также делает устройство повышенной серийноспособности, При этом используются сигналы низкого уровня, узлы схемы выполняются на основе интегральных микросхем (имеют с ним сопряженные уровни сигналов).

Формула изобретения (П ьезоэле ктронное генераторное:устройство, содержащее пьезокерамический элемент, амплитудный детекторформирователь, генератор с управляю . щим входом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, пьезокерамический элемент выполнен в виде биморфного элемента со сплошными электродами на гранях входной пластины, один из которых является общим с выходной пластиной, и гальванически не связанными электродами на другой грани выходной пластины, при этом выход генератора подключен к электродам входной пластины, а его управляющий вход соединен с выходом амплитуд" ного детектора-формирователя, вход последнего соединен с одним из элект . родов выходной пластины, другой электрод которой соединен с выходной шиной пьезоэлектронного генераторного устройства.

Источники информаций, принятые во внимание при экспертизе

1. Лавриненко В. В. Пьезокерамические трансформаторы. И., "Энергия", 1975, с. 97.

2. Авторское свидетельство СССР и 570974, кл. Н 03 В 5/36, 1977 (прототип).

961110

u„=u, z 7 i= a fð

" их а) Рр И

Составитель С. Пронин

Редактор Т. Кугришева Техред М.Рейвес Корректор Е Рошко

Заказ 7314/74 Г Ц) pgg

Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4