Генератор для пьезокерамического излучателя

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в портативных устройствах с пьезокерамическим излучателем, например в ингаляторах. Достигаемый технический результат - создание надежного малогабаритного ультразвукового генератора с высокими КПД. Генератор для пьезокерамического излучателя содержит блок смещения, блок формирования, активный элемент, фильтр нижних частот, блок согласования, при этом активный элемент выполнен с возможностью работы в ключевом режиме с скважностью, не равной двум. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в портативных устройствах с пьезокерамическим излучателем, например, ингаляторах, распылителях для проведения аэрозольтерапии или аэрофитотерапии, создания микроклимата, применения ароматотерапии, увлажнения помещений с сухим воздухом.

Известен ультразвуковой генератор для аэрозольного ингалятора, выполненный по транзисторной схеме, включающий по меньшей мере цепь смещения, блок формирования и активный элемент (см. патент США 4790479, А 61 М 151/00, В 05 В 17/06, публ. 13.12.88 г.).

Известен ультразвуковой генератор, выполненный по транзисторной схеме, включающий по меньшей мере цепь смещения, блок формирования и активный элемент (см. патент США 4641053, H 01 L 41/04, В 05 В 17/06, публ. 03.02.87 г.).

Общим недостатком аналогов является применение схем со значительным количеством конструктивных элементов, что снижает надежность и повышает габариты генератора. Кроме того, невозможно питание данных генераторов от низковольтных источников постоянного тока.

Известен генератор для пьезокерамического излучателя ультразвукового ингалятора, содержащий последовательно соединенные блок смещения, блок формирования и активный элемент, фильтр нижних частот, общую шину, подключенную к первому выводу блока согласования и ко вторым выводам активного элемента и блока смещения, третий вывод которого соединен с шиной питания (см. схему генератора ультразвукового ингалятора "Муссон", ТОО "Ультразвук", г. Ростов-на-Дону, открытое применение 1999 г., схема электрическая принципиальная - мА3.836.106-02ЭЗ).

Недостатками известного устройства являются: - низкий КПД вследствие применения активного элемента в виде транзистора, работающего в режиме АВ; - необходимость применения трансформатора обратной связи, сложных моточных элементов, схемы со значительным количеством элементов снижает надежность и повышает габариты генератора; - генератор не может работать при значительных изменениях питающего напряжения, сохраняя КПД в связи с предлагаемым выполнением цепи смещения; - необходимость применения повышающего выходного трансформатора при питании от низковольтных источников усложняет его применение, снижает удобство эксплуатации.

Указанные недостатки аналогов и прототипа не позволяют выполнить генератор малогабаритным с высоким КПД.

Изобретение решает задачу создания надежного малогабаритного ультразвукового генератора с высоким КПД с питанием от сети или низковольтных источников.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе для пьезокерамического излучателя, содержащем последовательно соединенные блок смещения, блок формирования и активный элемент, фильтр нижних частот, общую шину, подключенную к первому выводу блока согласования и ко вторым выводам активного элемента и блока смещения, третий вывод которого соединен с шиной питания, активный элемент выполнен с возможностью работы в ключевом режиме со скважностью, не равной двум, и соединен третьим выводом со вторым выводом блока согласования, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с шиной питания и входом фильтра нижних частот, выход которого является выходной клеммой устройства (для подключения нагрузки, в том числе пьезокерамического излучателя).

Целесообразно блок смещения выполнить в виде двух транзисторов, трех резисторов и двух конденсаторов, причем первый транзистор эмиттером соединен с базой второго транзистора и первыми выводами первого резистора и первого конденсатора, базой соединен с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, точка соединения второго вывода второго резистора с первыми выводами второго конденсатора и третьего резистора является вторым выводом блока смещения, третьим выводом которого является точка соединения эмиттера второго транзистора с вторыми выводами первого резистора и первого конденсатора, выходом блока смещения является точка соединения второго вывода третьего резистора с коллектором первого транзистора и вторым выводом второго конденсатора.

Предпочтительно блок формирования выполнить в виде индуктивности.

Целесообразно активный элемент выполнить в виде полевого транзистора с изолированным затвором, затвор, исток, сток которого являются соответственно его первым вторым и третьим выводами.

Предпочтительно фильтр нижних частот выполнить в виде индуктивности.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого генератора для пьезокерамического излучателя; на фиг.2 - электрическая схема генератора пьезокерамического излучателя; на фиг.3 - форма релаксационных колебаний генератора для пьезокерамического излучателя.

Генератор для пьезокерамического излучателя содержит последовательно соединенные блок 1 смещения, блок 2 формирования, выполненный в виде индуктивности 3, и активный элемент 4, выполненный с возможностью работы в ключевом режиме со скважностью, не равной двум (Т/τ≠2, где τ - время импульса, Т - период импульса), в виде полевого транзистора 5 с изолированным затвором (например, МДП транзистора), затвор, исток, сток которого являются соответственно его первым, вторым и третьим выводами, а также фильтр 6 нижних частот, выполненный в виде индуктивности 7, общую шину 8, подключенную к первому выводу блока 9 согласования и ко вторым выводам активного элемента 4 и блока 1 смещения, третий вывод которого соединен с шиной 10 питания, активный элемент 4 соединен третьим выводом со вторым выводом блока 9 согласования, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с шиной 10 питания и входом фильтра 6 нижних частот, выход 11 которого является выходной клеммой устройства (для подключения нагрузки 12, например, пьезокерамического излучателя).

Целесообразно блок 1 смещения выполнить в виде двух транзисторов 13, 14, трех резисторов 15, 16, 17 и двух конденсаторов 18, 19, причем первый транзистор 13 эмиттером соединен с базой второго транзистора 14 и первыми выводами первого резистора 15 и первого конденсатора 18, базой соединен с коллектором второго транзистора 14 и первым выводом второго резистора 16, точка соединения второго вывода второго резистора 16 с первыми выводами второго конденсатора 19 и третьего резистора 17 является вторым выводом блока 1 смещения, третьим выводом которого является точка соединения эмиттера второго транзистора 14 с вторыми выводами первого резистора 15 и первого конденсатора 18, выходом блока 1 смещения является точка соединения второго вывода третьего резистора 17 с коллектором первого транзистора 13 и вторым выводом второго конденсатора 19.

Блок 9 согласования выполнен в виде индуктивности 20 и двух конденсаторов 21, 22. Вывод первого конденсатора 21 является первым выводом блока 9 согласования, вторым и четвертым выводом которого является точка соединения второго вывода первого конденсатора 21 и первых выводов индуктивности 20 и второго конденсатора 22. Точка соединения вторых выводов индуктивности 20 и второго конденсатора 22 является третьим выводом блока 9 согласования.

Таким образом, генератор собран на полевом транзисторе 5 по схеме релаксатора, затвор полевого транзистора 5 соединен через индуктивность 3 частотозадающего контура, емкостью которого служит межэлектродная емкость полевого транзистора 5, с выходом блока 1 смещения, собранного на транзисторах 13, 14, резисторах 15, 16, 17, конденсаторах 18, 19, сток полевого транзистора 5 подключен к согласующей цепи, состоящей из индуктивности 20 и конденсаторов 21, 22, выход которой соединен с индуктивностью 7 Г-образного фильтра 6 низких частот, емкостью которого является собственная емкость нагрузки 12 (пьезокерамического излучателя), подключенной к выходной клемме 11 устройства.

Генератор для пьезокерамического излучателя работает следующим образом. При подаче напряжения на входные клеммы 8, 10 (фиг.2) блок 1 смещения подает напряжение на вывод индуктивности 3 (третьим резистором 17 можно выбрать необходимый уровень смещения для осуществления в схеме релаксационных колебаний), через индуктивность 3 напряжение подается на затвор полевого транзистора 5, через индуктивность 20 напряжение с клемм 8, 10 подается на сток полевого транзистора 5. Генератор, собранный на полевом транзисторе 5, индуктивностях 3, 20 конденсаторах 19, 22, 21 начинает вырабатывать релаксационные колебания, форма которых показана на фиг.3, причем частота колебаний определяется индуктивностью 3 и межэлектродной емкостью затвор-исток полевого транзистора 5. Форма колебаний определяется параметрами согласующей цепи, состоящей из индуктивности 20, конденсаторов 22, 21. Напряжение с клеммы на сток полевого транзистора 5 подается через индуктивность 7 на нагрузку 12, в частности, пьезокерамический излучатель, причем индуктивность 7 служит дросселем Г-образного фильтра 6 нижних частот, емкостью которого служит собственная емкость пьезокерамического излучателя.

Достоинства предлагаемого генератора заключаются: - в более высоком КПД вследствие применения полевого транзистора (полевой транзистор работает в режиме С, а не в АВ, как в прототипе); - в простоте (нет трансформатора обратной связи) и минимальном количестве моточных элементов; - в меньшем общем количестве элементов, что повышает его надежность - в возможности работы генератора при значительных изменениях питающего напряжения, сохраняя КПД за счет применения стабилизатора смещения предлагаемой конструкции (от 4 до 9 В); - в отсутствии необходимости применения повышающего выходного трансформатора при питании от низковольтных источников за счет использования релаксационного режима работы (можно получать на пьезокерамическом излучателе синусоидальное напряжение U>10 В при напряжении питания > 4 В).

Эти преимущества обеспечивают высокую надежность и малые габариты предлагаемого генератора, целесообразность его применения при создании портативных (переносных, карманных) ультразвуковых устройств различного назначения с питанием как от сети переменного тока через адаптер, так и от низковольтных источников питания постоянного тока, в том числе солнечных батарей.

Формула изобретения

1. Генератор для пьезокерамического излучателя, содержащий последовательно соединенные блок смещения, блок формирования и активный элемент, фильтр нижних частот, общую шину, подключенную к первому выводу блока согласования и ко вторым выводам активного элемента и блока смещения, третий вывод которого соединен с шиной питания, отличающийся тем, что активный элемент выполнен с возможностью работы в ключевом режиме со скважностью, не равной двум, и соединен третьим выводом со вторым выводом блока согласования, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с шиной питания и входом фильтра нижних частот, выход которого является выходной клеммой устройства для подключения пьезокерамического излучателя.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что блок смещения выполнен в виде двух транзисторов, трех резисторов и двух конденсаторов, причем первый транзистор эмиттером соединен с базой второго транзистора и первыми выводами первого резистора и первого конденсатора, базой соединен с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, точка соединения второго вывода второго резистора с первыми выводами второго конденсатора и третьего резистора является вторым выводом блока смещения, третьим выводом которого является точка соединения эмиттера второго транзистора с вторыми выводами первого резистора и первого конденсатора, выходом блока смещения является точка соединения второго вывода третьего резистора с коллектором первого транзистора и вторым выводом второго конденсатора.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что блок формирования выполнен в виде индуктивности.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде полевого транзистора с изолированным затвором, затвор, исток, сток которого являются соответственно его первым, вторым и третьим выводами.

5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что блок согласования выполнен в виде индуктивности и двух конденсаторов, вывод первого конденсатора является первым выводом блока согласования, вторым и четвертым выводом которого является точка соединения второго вывода первого конденсатора и первых выводов индуктивности и второго конденсатора, при этом точка соединения вторых выводов индуктивности и второго конденсатора является третьим выводом блока согласования.

6. Генератор по п.1, отличающийся тем, что фильтр нижних частот выполнен в виде индуктивности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.05.2006        БИ: 13/2006