Перестраиваемый пьезоэлектронный генератор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 791 3 В 5/ 51)5 ОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 18(54) ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ПЬЕЗОЗЛЕКТРОННЪЙ ГЕНЕРАТОР(57) Использование: импульсная техника,устройства синхронизации. Сущность изобретения: перестраиваемый пьезоэлектронный генератор содержит биморфный(56) Ерофеев А.А.ства автоматики,г., с.191,олитехнический инсти Пьезоэлектронные устрой- Л,: Машиностроение, 1982 пьезокерамический элемент 1, состоящий из входной и выходной пьезокерамических пластин 2, 3, первый, второй сплошные металлические электроды 5, 4, К выходных металлических электродов .6, аналоговый коммутатор 7, управляющий вход коммутатора 8, усилитель 9, шину 10 управления включением, выходные шины 11, 12, при этом выходная пьезокерамическая пластина выполнена в виде пьезокерамической пластины с различным значением остаточной поляризации в подэлектродных областях, что позволяет повысить надежность путем снижения междуэлектродных напряжений пьезокерамического элемента, 1 з.п,ф-лы, 3 ил.зобротение относится к импульснойтехнике и может быть использовано для построения перестраиваемых генераторов,функциональных модулей синхронизациипьезоэлектрических систем стабилизации.Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей.На фиг.1 представлена схема перестраиваемого пьезоэлектронного генератора;на фиг,2 а, б, в, г, д, е - временные диаграммы работы устройства; на фиг,3 - схема перестраиваемого пьезоэлектрон ногогенератора с выходными усилителями,Перестраиваемый генератор содержитбиморфный пьезокерамический элемент 1,состоящий из входной 2 и выходной 3 пластин, общего электрода 4, подключенного кшине нулевого потенциала, входного1сплошного электрода 5, электродов 6 выходной пластины и выходных электродов 6входной пластины, аналогового коммутатора (АК) 7, входы которого подключены к соответствующим электродам 6, а выходыуправления АК 7 соединены с шинами 8задания кода частоты возбуждения, усилитель 9 один вход которого соединен с выходом АК 7, другой вход - с шиной 10управления включением генератора, выходусилителя 9 соединен с электродом 5, выходные шины 11 и 12 соединены с соответствующими электродами 6; кроме того1,идентичные усилители 13 и 14 с дискретноизменяемым коэффициентом усиления сое 1,диненные по входам с электродами 6; поуправляющим входам с шиной 8, а по выходам соединены с соответствующим выходами 11 и 12,Работа устройства осуществляется следующим образом. Направление и величинаостаточной поляризации подэлектродныхобластей выходных электродов 6 с целью1получения максимальных выходных сигналов имеют противоположные и предельныезначения Рб=Рг по выходной шине 11 иРв=+Р, по выходной шине 12, на фиг,1 этосоответствует условно принятому направле-.нию относительно шины нулевого потенциала. Подэлектродная область электрода 5входной пластины также имеет предельноезначение остаточной поляризации Ро-+Рг(или Ро=Р). Состояние подэлектродных областей 6 и 5 не изменяются в процессе рабо 1ты устройства, Значения остаточныхполяризаций подэлектродных областей 6 также не изменяются и за счет частично переключенных состояний поляризацииподэлектродных областей имеют различныефиксированные значения из диапазона РфК)=1,М - число электродов 6 выходной пластины, 1=1,е - число частично переключенных состояний, Каждому 1-тому частично переключенному состоянию ставится соответст вие величина вектора расточнойполяризации Рф) подэлектродной области одного из )-тых электродов выходной пластины однозначно определяющего амплитуду Щ 1) и фазу Ъ (1) сигнала возбуждения 10 пьезоструктуры, Максимальную амплитудувозбуждения пьезоструктуры и выбирается из условия Овй 3 п(1), где ЬОп(1) - амплитуда напряжения шага квантования частичного переключения подэлектродной "5 области. Каждому из возможных значенийкода Й частоты возбуждения колебаний устанавливаемых на входных шинах управления 8 соответствует подключение в пассивную цепь обратной связи источника 20 возбуждения одного из )-тых электродов сР(1) состоянием. При этом, за счет частично переключенных значений Рф) остаточной поляризации подэлектродных областей, до стигается дискретное изменение импедан сов )-тых электродов, а зто эквивалентноизменению реактивной составляющей сопротивления электрической схемы замещения биморфной пьезоструктуры и, как следствие, при подключении )-того электро да в пассивную цепь обратной связи источника возбуждения приводит как к изменению амплитуды Ов(1) и фазы ри (т) возбуждаемых колебаний, так и.частоты возбуждения Ь пьезоструктуры в сторону 35 ее уменьшения ( а (с)=О у (т)l бт) в диапазоне дискретных изменений импеданса.Работа устройства начинается с моментапоступления управляющего уровня на шину 10 включения зависимого источника возбуждения. При этом в зависимости от двоичного кода й на шинах 8 за счет подключения выходного .)-того электрода с РЯ) состоянием подэлект. родной области в цепь обратной связи источника возбуждения посредством АК 7 в 45. пьезоструктуре возбуждаются колебаню, причемВ 4 пли 1 уда Ов(т), фаза Ъ фечастота Ъ возбуукдаемыхколебаню, см. фиг 2,а, б, однозноноопределяются величинами и направленюьв векторов остаточных поляризаций подэлектродных областей электродов входной Р и выищнай Рф) пластины.Вследствие прямого и обратного пьезоэффектов на выходных электродахбспустя промежуток времени Ь (время задвркки Ь зависит от динаьвивскасвойств пьезоструктуры) устанавливаются пьеэоп реобразованные дные сигналы Оф 4 ф)Ов(т),где 1(1)-. коэффициент передачи по каналу амплитуда-амплитуда, Ою - напряжение возбуждения пьезоструктуры (см.фиг.1, ф и г.2 с, д). При этом сдвиг фазы1выходного сигнала с электродов 6 относительно фазы сигнала возбуждения Лф 1): У(1); Ъ (1), гдето (1) - фаза пьезопреобразованного выходного сигнала ОК 1), дЪф) - фаза сигнала возбуждения пьезоструктуры Ом(1), составляет Ь р (1)=+-й /2 при Р 6=+Рг и Лр (т)=Л /2 при Р 6 =Р (см. фиг.2 а, с, д).Перестройка частоты (амплитуды/фазы) в устройстве достигается посредством. изменения кода Й задания частоты (амплитуды/фазы) возбуждаемых в пьезоструктуре колебаний и изменением импеданса цепи положительной обратной связи источника возбуждения путем подключения одного из )-тых электродов выходной пластины, подэлектродные области которых имеют соотносительно частоте (амплитуде/фазе) генерируемых сигналов величину остаточной поляризации, в цепь обратной связи источника возбуждения,С целью получения равных амплитуд выходных сигналов О(т) в устройство вводятся идентичные усилители 13 и 14 выходных сигналов с дискретным изменением коэффициента усиления (см.фиг.3). При задании кода Й одновременно задается 1-тый коэффициент усиления усилителей выходных сигналов. Коэффициенты усиления усилителей устанавливаются из соотношений Ь(ц)= ОЩ 3 с(1)Ою(т)Я, где Ь(ц)=й/йо - коэффициент усиления 1-того канала усиления, 1=1,в, В - сопротивление обратной связи выходного усилителя, Во - сопротивление входной цепи выходного усилителя.Предлагаемое устройство имеет самостоятельное значение, как элемент импульсной техники, а также может быть применено в качестве функционального модуля синхронизации, стабилизации с различными способами управления в различных пьезополупроводниковых системах, системах растровых микроскопов. Это позволяет. повысить точность и стабильность работы, а также делает устройство повышенной серийноспособности. При этом устройство имеет гибридно-интеграль 45 управляющему входу аналогового коммутатора,5 10 15 20 25303540 ное исполнение, используются низкие уровни.Формула изобретения 1. Перестраиваемый пьезоэлектронный генераторсодержащий усилитель, пьезокерамический элемент, состоящий из выходной пьезокерамической пластины, входной пьезокерамической пластины, на гранях которой расположены первый и второй сплошные металлические электроды, при этом второй сплошной металлический электрод расположен между входной и выходной пьеэокерамическими пластинами и подключен к общей шине, а на другой грани выходной пьезокерамической пластины расположены К выходных металлических электродов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения .надежности путем снижения междуэлектродных напряжений пьезокерамического элемента, введен аналоговый коммутатор, выход которого подключен к входуусилителя, ) иэ К выходных металлических электродов, подключены к соответствующим входам аналогового коммутатора, где )К, а 1 из которых являются дополнительными выходами перестраиваемого пьезоэлектронного генератора, где 1=К-), выходная пьезокерамическая пластина выполнена в виде пьезокерамической пластины с различным значением остаточной поляризации в подэлектродных областях, при этом первый сплошной металлический электрод подключен к выходу усилителя, а управляющий вход аналогового коммутатора является управляющим входом управляемого пьезоэлектронного генератора.2. Генератор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что введеныусилителей с изменяемым коэффициентом усиления, вход каждого изкоторых подключен к соответствующему дополнительному выходу перестраиваемого пьезоэлектронного генератора, а управляющий вход каждого из усилителей с изменяемым коэффициентом усиления подключен к9) б,У г,2 Составитель В,Акоп Техред М.Моргента Редакто ктор Н,Корол Заказ 1644 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5