ITTO20000100A1 - Dispositivo trasduttore a circuito oscillante. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo trasduttore a circuito oscillante",

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo trasduttore piezoelettrico o analogico a circuito oscillante eccitabile da un circuito di controllo, il quale circuito di controllo presenta un generatore di tensione alternata che fornisce ai morsetti del circuito oscillante una tensione di eccitazione alternata di frequenza determinata, in modo che il circuito oscillante sia percorso da una corrente operativa alternata sinusoidale della stessa frequenza.

Nei dispositivi trasduttori piezoelettrici noti di questo tipo, la frequenza,di eccitazione differisce dalla frequenza di risonanza del circuito oscillante, per cui la corrente che attraversa il circuito oscillante non è in fase con la tensione di eccitazione e quindi il trasduttore non viene utilizzato in condizioni di rendimento massimo. Dato che la frequenza di risonanza di un trasduttore piezoelettrico è suscettibile di una variazione assai sensibile, ad esempio più o meno 15%, non è ipotizzabile eccitarlo mediante un oscillatore di frequenza fissa.

Inoltre, nei dispositivi trasduttori noti, l'organo trasduttore vero e proprio è collegato al circuito di controllo mediante due fili quando non si desidera segnale di ritorno. E' invece collegato mediante tre fili quando si desidera al contrario disporre un segnale di ritorno.

L'invenzione ha lo scopo di ottimizzare in modo semplice il rendimento energetico di un dispositivo trasduttore piezoelettrico o analogico del tipo descritto in precedenza. Essa ha lo scopo di consentire una simile ottimizzazione per mezzo di due fili di collegamento soltanto tra l'organo trasduttore ed il suo circuito di controllo.

Conformemente all'invenzione, il generatore di tensione alternata è un bistabile al quale sono collegati mezzi di controllo tali che il bistabile cambi stato quando la corrente operativa cambia segno.

I mezzi di controllo comprendono preferibilmente un organo di messa in fase della tensione di eccitazione alternata con la corrente operativa, questo organo essendo collegato al circuito oscillante e ad un ingresso del bistabile per fornire a questo un segnale di controllo che commuta quando la corrente operativa cambia segno, in modo da regolare la frequenza di eccitazione al livello della frequenza di risonanza del circuito oscillante. Il collegamento tra il circuito oscillante ed il circuito di controllo è effettuato vantaggiosamente per mezzo di due fili soltanto ed una resistenza di regolazione del livello di emissione del trasduttore può essere disposta su uno di questi fili.

In un modo di realizzazione molto semplice, i mezzi di controllo comprendono almeno una coppia di transistori di potenza interposti tra il bistabile ed il circuito oscillante nel modo seguente: i loro percorsi base - emettitore sono in grado di collegare un'uscita del bistabile ad un morsetto del circuito oscillante ed i loro collettori sono collegati ad un ingresso del bistabile tramite rispettivi diodi, di polarità inversa; in questo modo, la corrente di base dei transistori costituisce sensibilmente la corrente operativa e la loro corrente di collettore genera impulsi periodici che costituiscono il segnale di controllo del bistabile.

Il bistabile comprende preferibilmente invertitori montati conformemente alla struttura ad H in posizioni invertite rispetto al circuito oscillante ed esso può essere organizzato per formare un oscillatore di avviamento.

Descriveremo ora un modo di realizzazione non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

La figura 1 rappresenta uno schema sinottico di un dispositivo trasduttore piezoelettrico conforme all'invenzione.

La figura 2 ne illustra un modo di realizzazione preferenziale.

Le figure 3 a 6 indicano diverse fasi di funzionamento del circuito di controllo.

La figura 7 illustra la variazione di varie grandezze proprie al circuito di controllo.

La figura 8 illustra l'utilizzo di un oscillatore di avviamento.

Il dispositivo trasduttore illustrato dalle figure è del tipo piezoelettrico dotato di un organo trasduttore vero e proprio 10 a circuito oscillante seriale 11 e di un circuito di controllo 12. Il dispositivo trasduttore può essere utilizzato in un vibratore acustico (buzzer) ed il circuito oscillante seriale 11 è allora assimilabile ad un insieme formato da un circuito seriale RLC e da una capacità CO intrinseca in parallelo su questo circuito seriale.

Il circuito di controllo 12 comprende un generatore di tensione alternata 13 che fornisce al circuito oscillante 11 una tensione di eccitazione alternata Ve di frequenza determinata F in modo che il circuito oscillante sia percorso da una corrente operativa alternata sinusoidale i della stessa frequenza. Il circuito oscillante 11 presenta una frequenza di risonanza FO.

Il generatore di tensione 13 è preferibilmente ed in modo classico, una struttura ad H funzionante in doppio,push-pull per generare ai morsetti del circuito .oscillante una tensione utile Ve alternata doppia della tensione di alimentazione Vdd. La struttura ad H è organizzata sotto la forma di un bistabile a resistenza di chiusura R1 di cui un'uscita 13a è collegata al circuito oscillante 11.

Il circuito di controllo 12 comprende, d'altro canto, a titolo di mezzi di controllo assod ati al bistabile, un organo 14 assicurante la messa in fase della tensione di eccitazione alternata Ve con la corrente operativa i, questo in modo che i fronti di Ve coincidano con i passaggi per lo zero della corrente i. Da questa disposizione, risulta che la frequenza di eccitazione F di Ve è uguale alla frequenza di risonanza F0 del circuito oscillante,

L'organo 14 presenta un ingresso 14a collegato ad un morsetto 11b del circuito oscillante 11, un altro ingresso 14b collegato ad un'uscita 13b del bistabile 13 ed un'uscita 14c collegata ad un ingresso 13c del bistabile 13. L'uscita 13a del bistabile 13 è collegata ad un altro morsetto Ila del circuito oscillante 11. Va osservato che, in base ad una caratteristica interessante del dispositivo, i morsetti 11a, 11b del circuito oscillante 11 sono due e sono collegati soltanto da due fili 15, 16 ai morsetti 13a, 14a del circuito di controllo 12.

Come vediamo dalla figura 2, l'organo 14 di messa in fase comprende preferibilmente una coppia di transistori T1, T2 di tipi inversi npn e pnp i cui emettitori sono collegati congiuntamente, tramite un punto comune 18, ad un morsetto llb del circuito oscillante tramite una resistenza di regolazione di guadagno R4. I collettori dei transistori T1, T2 sono collegati ad un punto comune 17 per mezzo di diodi D1, D2 di polarità inverse ed il punto comune 17 è collegato all'ingresso 13c del bistabile 13 tramite una resistenza R3. Le basi dei transistori T1, T2 sono collegate congiuntamente all'uscita 13b del bistabile. Il bistabile 13 è quindi collegato ad un morsetto llb del circuito oscillante tramite il percorso base emettitore di transistori, mentre il collettore dei transistori è richiuso sull'ingresso del bistabile.

Nel modo di realizzazione della figura 8, il bistabile 13 costituisce inoltre un oscillatore di avviamento. Esso comprende due memorie di transito invertenti CMOS 20, 21 il cui punto intermedio E, situato tra l'uscita di 20 e l'ingresso di 21, è collegato tramite una memoria di transito invertente 23 all'organo trasduttore 10. L'uscita 13b dell'invertitore 20 è collegata tramite una memoria di transito invertente 24 alle basi dei transistori Tl, T2. Gli invertitori 23, 24 hanno un ruolo di isolamento e di amplificazione. Il punto E è inoltre collegato tramite una resistenza R1 ad un punto intermedio tra una resistenza R2 ed una capacità C1; gli elementi R2, C1 sono montati in parallelo sugli invertitori 20, 21 e lo stesso vale per una capacità C2. Il bistabile 13 oscilla all'avviamento con una frequenza leggermente inferiore alla frequenza di risonanza F0 del circuito oscillante quindi, nel corso del funzionamento, esso si porta ad oscil-lare alla frequenza F0.

Gli elementi R11 C1 definiscono la frequenza dell'oscillatore di avviamento, mentre C2 aumenta la sua velocità di commutazione. La resistenza R3 disposta tra il punto 17 ed il bistabile oscillatore 13 limita l'effetto capacitivo delle giunzioni base - collettore dei transistori T1, T2 . La resistenza R4 disposta tra l'organo trasduttore 10 ed il punto comune 18 degli emettitori dei transistori T1, T2 consente di regolare il livello acustico del trasduttore. La regolazione del livello acustico può anche essere ef-fettuata mediante variazione della tensione di alimentazione Vdd. Naturalmente, è possibile disporre più invertitori in parallelo per pilotare il circuito oscillante 11.

Il funzionamento del trasduttore conforme all'invenzione viene ora spiegato con riferimento alle figure da 3 a 7.

All'istante t0, la corrente i attraversa il circuito oscillante nel senso indicato dalla figura 3, che sarà considerato come corrente positiva; dato che l'uscita dell'organo di messa in fase 14 è collegata su un carico ad impedenza relativamente elevata, la corrente di collettore del transistore T2 è bassa rispetto alla corrente dì base Ib di T2 e la corrente i è quindi sensibilmente uguale a ib; il transistore T1 è interdetto. Il segnale S disponibile all'uscita 14c dell'organo 14 si trova in uno stato indeterminato e la tensione Ve di eccitazione del circuito oscillante 11 è quindi positiva, e dello stesso segno della corrente i.

All'istante t1 (vedere figura 4), la corrente i passa per lo zero per cambiare segno e ne risulta una corrente di collettore ic che genera un segnale di uscita S allo stato alto (1); il bistabile 13 fornisce quindi una tensione Ve che diventa negativa, in modo sincrono con la stessa corrente i.

Fino all'istante t2 (vedere figura 5), il segnale S presenta uno stato indeterminato e la tensione Ve rimane negativa. All'istante t2 (vedere figura 6), la corrente i passa per lo zero per ridiventare positiva ed il segnale S passa allo stato basso (0); il bistabile 13 fornisce una tensione Ve che diventa positiva, in modo sincrono con la corrente i.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo trasduttore piezoelettrico o analogico comprendente un organo,trasduttore (10) a circuito oscillante (11) ed un circuito di controllo (12), il quale circuito di controllo presenta un generatore di tensione alternata (13) che fornisce al circuito oscillante una tensione di eccitazione alternata (Ve) di frequenza determinata (F), in modo che il circuito oscillante sia percorso da una corrente operativa alternata (i) sensibilmente sinusoidale della stessa frequenza, caratterizzato dal fatto che il generatore di tensione alternata (13) è un bistabile al quale sono collegati mezzi di controllo (14) tali che il bistabile (13) cambi stato quando la corrente operativa (i) cambia segno.
2. 2. Dispositivo conforme alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di controllo (14) costituiscono un organo di messa in fase della tensione di eccitazione alternata (Ve) con la corrente operativa alternata (i), questo organo essendo collegato al circuito oscillante (11) e ad un ingresso del bistabìle (13) per fornire a questo ingresso un segnale di controllo (S) che commuta quando la corrente ope-rativa cambia segno, in modo da regolare la frequenza di eccitazione (F) al livello della frequenza di risonanza (FO) del circuito oscillante.
3. 3. Dispositivo conforme alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'organo (14) di messa in fase comprende almeno una coppia di transistori di potenza (T1, T2) le cui basi sono collegate ad un'uscita (13b) del bistabile (13), gli emettitori al circuito oscillante (11) ed i collettori ad un ingresso (13c) del bistabile tramite rispettivi diodi (D1, D2), montati con polarità inverse, in modo che la corrente di base dei transistori costituisca sensibilmente la corrente operativa (i) e che la corrente di collettore dei transistori generi all'ingresso (13c) del bistabile, degli impulsi periodici che costituiscono il suo segnale di controllo (S).
4. 4. Dispositivo conforme alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il bistabile (13) presenta una struttura ad H, questa struttura comprendendo invertitori montati in opposizione rispetto al circuito oscillante (11).
5. 5. Dispositivo conforme alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il circuito oscillante (11) è collegato al circuito di controllo (12) per mezzo di due fili (15, 16).
6. 6. Dispositivo conforme alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il bistabile (13) è organizzato in modo da formare un oscillatore di avviamento.
7. 7. Dispositivo conforme alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che una resistenza (R4) di regolazione del livello di emissione del trasduttore è disposta su un filo (16) che collega l'organo trasduttore (10) ai mezzi di controllo ( 14 ) .