Пьезоэлектронное генераторное устройство

Союз СоветскиаСоциалистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 961110(51) М. Кд. с присоединением заявки ЭЙ(23) Приоритет Н 03 К 3/45 твврдврфтккнныв квмитвт СССР ав делам нзабретеннй н открцтнй-(0888) А. А. Ерофеев, В. С. Акопян и А. А. Ушаков ,(72) Авторы изобретения лЛенинградский ордена Ленина политехническ ин 6 тйтутим. М. И. Калинина(54) ПБЕЗОЭЛЕКТРОННОЕ ГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО 1Изобретение относится. к импульсной технике, а также может быть использовано в качестве функционального модуля для устройств стабилизации с пьезокерамическими трансформаторами.5Известны 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 зависимоюсти проводимости подэлектродных областей пластины (диска) от степени остаточной поляризации, либо применео нием пьезокерамического трансформа, тора (ПЭТ) , входные электроды которого соединены с коллектором управ.ляющего транзистора и общей шиной, а 2выходной электрод - с базой, и желаемый эффект достигается управлением входного питающего напряжения на резонансной или близкой к ней частоте 113.Недостатками этих устройств явля" ются применение ПЭТ, низкая амплитуда выходногосигнала, низкое быст- родействие, а также недостаточная на. дежность работы.Наиболее близким .по технической еущности 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 исток- подложка за счет отрицательного питающего напряжения смещен в прямом, 3 9 б 111 направлении. Он шунтирует вход ПЭТ и изменяет амплитуду напряжения на его входе в зависимости от велицины напряжения на затворе. Таким образом, соблюдаются условия возникнове- з ния автоколебаний на резонансной или близкой .к ней частоте Г 23Недостатками такого устройства являются применения ПЭТ, низкая частота , низкая амплитуда выходного 10 сигнала, а также .недостаточная надежность работы устройства.Цель изобретения - увеличение надежности и быстродействия.Поставленная цель достигается тем, 1 что в пьезоэлектронное устройство, содержащее амплитудный детектор-фор мирователь, генератор с управляющим входом, введен пьезокерамический элемент со сплошными электродайи на гра" 20 нях входной пластины, один из которых является общим с выходной пластиной, и гальваницески 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 пье 35 зоэлектронного генераторного устроиства; на фиг. 2 -. характеристика пьезокерамицеского биморфного элемента (кривая 1) и зависимость частоты генератора от управляющего напряжения (кривая 2); на фиг. 3 - диаграм 40 мы входных и выходного напряжений генераторного устройства,Пьезоэлектронное генераторноеустройство содержит пьезокерамический биморфны% элемент, состоящийиз входной 1 и выходной 2 пластин,связанных сплошным электродом 3 вакустически монолитную конструкцию,сплошной электрод 4 на другой грани 5 овходной пластины, гальваницескине связанные электроды 5 и 6 награни выходной пластины соответственно соединены с выходной шиной7 и входом амплитудного детектораформирователя (АДФ) 8, выход которого подключен к входу генератора, управляемого напряжением (ГУН) 9,0 1Пьезоэлектронное 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 вклюцении питания устройства прямоугольные (синусоидальные) сигналы с амплитудой, значительно меньше амплитуды переполяризации пьезокерамицеского элемента и частотой возбуждения, равной или близкой резонансной частоте пьезокерамического элемента , Г подаются 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 О,= О, 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 О= Ов течение времени, определяемого ийерционностью пьезокерамицеского элемента и постоянной времени амплитудного детектораКогда выходное напряжение амплитудного детектора достигает максимального значения на выходе АДФ 8, управляющее напряжение ГУН 9 становится равным О 1. = Оо, при котором частота выходных сигналов ГУН 9 равна Г ср(-"0,7- 0,75 Ю), рабочая точка на АЧХ смещается в точку В (фиг. 2, кривые 1,2) и, благодаря высокой добротности пьезокерамического 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 О= О, тем самым частота выходных сигйалов ГУН 9 становится равной Г - 1 , ра- ВР бочая точка на АЧХ 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 в 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- зф ление выходным напряжением на счет управляющего (модулирующего) сигнала, подаваемого на гальванически не связанный электрод выходной пластины (поканазо пунктиром на фиг, 1). 40Использование предлагаемого устрой ства имеет самостоятельное значение, как элемента импульсной техники, а также оно может быть использовано в качестве функционального модуля в уст 1 З 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 изобретенияПьезоэлектронное генераторное:устройство, содержащее пьезокерамический элемент, амплитудный детекторформирователь, генератор с управляю;щим входом, о т л и ч а ю щ е е с ятем, 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 несвязанными электродами на другой грани выходной пластины, при этом выходгенератора подключен к электродамвходной пластины, а его управляющийвход соединен с выходом амплитуд"ного детектора-формирователя, входпоследнего соединен с одним из электродов выходной пластины, другой электрод которой соединен с выходной шиной пьезоэлектронного генераторногоустройства.Источники информаций,принятые во внимание при экспертизе1. Лавриненко В. В. Пьезокерамические трансформаторы. И., "Энергия",1975, с. 97.2. Авторское свидетельство СССРйф 570974, кл. Н 03 В 5/36, 1977961110 ах дх и Уых иг.У тавитель С. Прониред М, Рейвес ошко едактор Т. Кугришева ррект Подписнотета СССРоткрытийя наб д. аказ 7314 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная ВНИИПИпо13035,Тираж 959сударственного коелам изобретенийсква, Ж, Раушс гр ф