DE3314030A1

DE3314030A1 - Circuit arrangement for generating high-frequency oscillations

Info

Publication number: DE3314030A1
Application number: DE19833314030
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Dipl.-Ing. 6520 Worms Altendorf
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1983-04-18
Filing date: 1983-04-18
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DK86184D0; DK86184A

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement for generating high-frequency oscillations which are preferably within the ultrasonic range, by using a transformer, the secondary side of which drives a preferably piezo-ceramic vibrator (2) as resonant circuit. To achieve, among other things, also a transmission with lower loss, it is proposed to provide a single transformer (1) and to provide as feedback a circuit (3) on the primary side of the transformer with a switching element (4) which feeds the high frequency power with the resonant frequency of the resonant circuit into the transformer (1). <IMAGE>

Description

Sehaltungsanordnung zur Erzeugung hochfrequenterPosture arrangement for generating high-frequency

Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung hochfrequKenter, vorzugsweise im Ultraschallbereich liegender Schwingungen, über einen Übertrager, dessen Sekundärseite einen vorzugsweise piezokeramischen Schwinger als Schwingkreis betreibt.Vibrations The invention relates to a circuit arrangement for generating high-frequency vibrations, preferably in the ultrasonic range, via a transformer, the secondary side of which is preferably a piezoceramic Oscillator operates as an oscillating circuit.

Insbesondere bei Geräten zur Zahnsteinentfernung, bei denen die Bewegung der Instrumentenspitze durch einen Ultraschallschwinger erzeugt wird, besteht das Problem, den Schwinger so anzusteuern, daß er in seiner Eigenresonanz schwingt. Damit der Schwinger in Resonanz schwingen kann, muß eine entsprechende Rückkopplung vorhanden sein. Bisher hat man diese Rückkopplung dadurch erzielt, daß mit dem Schwingerpaket mechanisch ein zweiter Schwinger gekoppelt wurde, der wiederum elektrisch mit einem zweiten Übertrager verbunden war.Especially with devices for removing tartar that involve movement the tip of the instrument is generated by an ultrasonic transducer, this exists Problem to control the transducer in such a way that it oscillates in its own resonance. So that the oscillator can oscillate in resonance, a corresponding feedback must be provided to be available. So far, this feedback has been achieved by using the transducer package mechanically a second transducer was coupled, which in turn was electrically connected to a second transformer was connected.

Eine solche Anordnung bedeutet nicht nur fertigungstechnisch gesehen einen relativ großen Aufwand, sondern führt auch wegen des notwendigerweise vorzusehenden zweiten Schwingers zur Erzielung der Rückkopplung zu einer relativ großen Baugröße. Ein weiterer Nachteil.Such an arrangement does not only mean from a manufacturing point of view a relatively large effort, but also leads because of the necessity to be provided second oscillator to achieve the feedback to a relatively large size. Another disadvantage.

ist in der höheren Verlustleistung zu sehen.can be seen in the higher power loss.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, demgegenüber eine Verbesserung und Vereinfachung anzustreben, insbesondere soll sich durch die vorgeschlagenen Maßnahmen das Bauvolumen des Schwingers verringern lassen und eine Übertragung mit geringerer Verlustleistung erzielt werden können.The aim of the present invention is to improve this and to strive for simplification, in particular should be distinguished by the proposed Measures reduce the volume of the transducer and a Transmission can be achieved with lower power dissipation.

Zur Erreichung dieses Zieles wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein einziger Übertrager vorgesehen ist und zur Rückkopplung im Primärkreis dieses Übertragers ein Schaltkreis vorgesehen ist, der ein Schaltelement in der Resonanzfreqienz des sekundärseitigen Schwingkreises speist, das wiederum die HF-Leistung, mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, in den Ubertrager einspeist. Gegenüber dem Stand der Technik ist gemäß vorliegender Erfindung der frequenzbestimmende passive Teil der Schaltungsanordnung vom aktiven Teil galvanisch getrennt.To achieve this goal, it is proposed according to the invention that a single transformer is provided and this for feedback in the primary circuit Transmitter a circuit is provided that a switching element in the Resonanzfreqienz of the secondary-side resonant circuit, which in turn feeds the HF power with the Resonance frequency of the oscillating circuit, feeds into the transformer. Compared to the According to the present invention, the prior art is frequency-determining passive Part of the circuit arrangement galvanically isolated from the active part.

Das Schaltelement, vorzugsweise ein Transistor, wird vorteilhafterweise von einem spannungsgesteuerten Oszillator in der zu erwartenden Resonanzfrequenz des Schwingers angesteuert. Um die Verlustleistung möglichst gering zu halten, insbesondere um das Schaltelement optimal zu schalten und damit die Rückwirkung aus dem Sekundärkreis auf den Primärkreis weitgehend zu eliminieren, wird über einen Komparator die Phase des Spannungsnulldurchgangs während des hochohmigen Zustandes des Schaltelementes gemessen und über einen Phasenkomparator eine Spannung abgeleitet, die den VCO so ansteuert, daß das Schaltelement im spannungslosen Zustand auf Durchgang geschaltet wird.The switching element, preferably a transistor, is advantageously used from a voltage-controlled oscillator in the expected resonance frequency of the transducer controlled. In order to keep the power loss as low as possible, in particular in order to optimally switch the switching element and thus the reaction from the secondary circuit to largely eliminate the primary circuit, the phase of the voltage zero crossing during the high-resistance state of the switching element measured and derived a voltage via a phase comparator, which the VCO so controls that the switching element is switched to continuity in the de-energized state will.

Um eine noch verlustarmere Übertragung zu bekommen, wird vorgeschlagen, zwischen dem Oszillator und dem Schaltelement eine Frequenzteiler mit einem Tastverhältnis von vorzugsweise 1:2 vorzusehen.In order to get an even less lossy transmission, it is suggested to between the oscillator and the switching element a frequency divider with a duty cycle of preferably 1: 2 to be provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawing explained in more detail.

Mit i ist ein Übertrager (Übersetzungsverhältnis i:iO) bezeichnet, in dessen Sekundärkreis ein Schwinger 2 ans piezokeramischem Material vorgesehen ist. Der Schwinger, dessen Eigenfrequenz im Anwendungsfall bei etwa 28 kHz liegt, kann in bekannter Weise ein aus einer Vielzahl von piezokeramischen Scheiben gebildetes Schwingerpaket sein, an dem in bekannter Weise durch eine geeignete Kontaktierung, z.B. durch Bedampfen mit elektrisch leitendem Material, Leitungen angeschlossen sind, die mit der Sekundärseite des Übertragers elektrisch verbunden sind. Damit der Schwinger optimal arbeitet, muß dieser in Resonanz schwingen. Um den Schwinger in Resonanz zu speisen, ist ein Schaltkreis 3 vorgesehen, der unter anderem einen Transistor 4 (bipolarer Transistor, FET oder MOS-FET) enthält, welcher von einem spannungsgesteuerten Oszillator 5 (VCO) über einen Frequenzteiler 6 und einen Verstärker 7 mit Rechtecksignalen in Nähe der zu erwartenden Resonanzfrequenz des Schwingers 2 angesteuert wird. Um Abweichungen von der Resonanzfrequenz des an sich schmalbandigen Schwingers und die damit verbundenen, auf den Primärkreis zurückwirkenden Verluste zu kompensieren, ist es notwendig, den Transistor 4 mit der Resonanzfrequenz des Systems zu schalten. Um dies zu erreichen, wird der Transistor 4 jeweils im Nulldurchgang des sinusförmigen Spannungsverlaufs eingeschaltet.I denotes a transformer (transmission ratio i: iO), an oscillator 2 is provided on the piezoceramic material in its secondary circuit is. The oscillator, the natural frequency of which is around 28 kHz in the application, can be formed from a plurality of piezoceramic disks in a known manner Be a transducer package, to which in a known manner by suitable contacting, e.g. by vapor deposition with electrically conductive material, lines connected which are electrically connected to the secondary side of the transformer. In order to If the oscillator works optimally, it must oscillate in resonance. To the transducer To feed in resonance, a circuit 3 is provided, including one Transistor 4 (bipolar transistor, FET or MOS-FET) contains which of a voltage controlled oscillator 5 (VCO) via a frequency divider 6 and an amplifier 7 with square-wave signals in the vicinity of the expected resonance frequency of the oscillator 2 is controlled. To deviations from the resonance frequency of the per se narrow band Schwingers and the associated losses that have a retroactive effect on the primary circuit to compensate, it is necessary to set the transistor 4 to the resonance frequency of the System to switch. In order to achieve this, the transistor 4 is in each case in the zero crossing of the sinusoidal voltage curve switched on.

Um eine Information über den Ausschaltpunkt zu erhalten, wird über den Komparator 8 die Spannung über den offenen Teil des Schalterelements gemessen. Aus der Phasendifferenz der beiden Rechtecksignale, einerseits am Schaltelement 4 und andererseits am Ausgang des Komparators 8, der gegebenenfalls noch mit einer Schaltung zur Störunterdrückung versehen sein kann, läßt sich mit einem mit 9 bezeichneten Phasendiskriminator eine Regelspannung erzeugen, mit deren Hilfe der Oszillator 5 auf die Resonanzfrequenz des Schwingers 2 abgestimmt wird.To get information about the switch-off point, press the comparator 8 measured the voltage across the open part of the switch element. From the phase difference between the two square-wave signals, on the one hand on the switching element 4 and on the other hand at the output of the comparator 8, which may also be connected to a Circuit for interference suppression can be provided, can be designated with a 9 Phase discriminator one Generate control voltage, with the help of which the oscillator 5 is tuned to the resonance frequency of the oscillator 2.

Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 5 kann an sich in jedem geradzahligen Vielfachen der Resonanzfrequenz liegen; die von ihm erzeugten Signale haben jedoch ein Tastverhältnis von 1:1. Um eine weitgehend verlustarme Übertragung zu bekommen, wird der VCO mit der dreifachen Resonanzfrequenz des Schwingers betrieben, um durch Frequenzteilung mit dem Faktor 3 ein Tastverhältnis von 1:2 mit binären Logikelementen zu erzeugen (Position 6). Das Schaltelement 4 soll dabei zu einem Teil leitend und zu zwei Teilen nichtleitend sein.The frequency of the voltage controlled oscillator 5 can per se in any even multiple of the resonance frequency; those produced by him However, signals have a duty cycle of 1: 1. To a largely low-loss To get transmission, the VCO gets three times the resonant frequency of the transducer operated to achieve a pulse duty factor of 1: 2 by frequency division with a factor of 3 to be generated with binary logic elements (position 6). The switching element 4 should thereby one part conductive and two parts non-conductive.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es möglich, das Bauvolumen gegenüber bisher bekannten Ausführungen erheblich zu reduzieren; insbesondere ergibt sich durch den Wegfall des mit dem Schwinger 2 normalerweise gekoppelten Rückkopplungsglieds eine Einsparung, die sich besonders günstig niederschlägt, weil dadurch z.B. bei Anwendung der Schaltung für den Antrieb eines Ultraschallschwingers zur Zahnsteinentfernung der in einem Handgriff untergebrachte Schwinger insgesamt kleiner gestaltet werden kann. Dadurch, daß nur ein Übertrager vorgesehen zu werden braucht, ist auch fertigungstechnisch eine Einsparung gegeben.The proposed measures make it possible to reduce the construction volume to reduce considerably compared to previously known designs; in particular results due to the elimination of the feedback element normally coupled to the oscillator 2 a saving that is reflected particularly favorably because it e.g. Application of the circuit for driving an ultrasonic oscillator for removing tartar the transducer housed in one handle can be made smaller overall can. The fact that only one transformer needs to be provided is also manufacturing technology given a saving.

4 Patentansprüche 1 Figur - Leerseite -4 claims 1 figure - blank page -

Claims

Patent claims () 1 circuit arrangement for generating high-frequency, preferably vibrations in the ultrasonic range, via a transmitter (1), whose SeRundäro side a preferably piezoceramic oscillator (2) as Oscillating circuit operates, that a single one About carrier (1) is provided and for feedback on the primary side of the transformer a circuit (3) is present, which a switching element (4) in the resonance frequency of the oscillating circuit.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the switching element (4) from a voltage-controlled oscillator (5) is controlled in the expected resonance frequency of the oscillator (2} and the oscillator (5) by means of a phase discriminator (9) to the resonance frequency of the Schwingers (2) is matched.

3. Circuit arrangement.nach claim 2, d a d u r c h g e k e n n I do not know that. a comparator (8) is present, which the voltage zero crossings detected on the switching element (4) in the high-resistance state.

4. Circuit arrangement according to one of claims 2 or 3, d ä d clock c h g e k e n n n z e i c h n e t that between oscillator (5) and switching element (4) a frequency divider (6) is provided which generates control pulses with a duty cycle of 1: 2 forms.