Электроакустический преобразователь Советский патент 1979 года по МПК H04R17/00 

1. . . Изобретение относится к радиотехнике и н6 жет найти применение в различных электроакустических устройствах (ультразвуковых линиях задержки, фильтрах и др.). Известен электроакустический преобразователь, позволяющий уменьшить потери энергий при преобразовании и улучшить условий Ййгласования преобразователя с внешними Электрическими цепями, состоящий из индуктивности, непосредственно подклйченной к пьезопластйне, и активной электрической цепи, которая подкли чена параллельно индуктивности ивьт6йнёШ1 виде последовательно соединенньгх усилителя с частотно-зависимым кбэффшиентом усиления и дополнительной индуктивности, связанной с первой взаимоиндукцией. Известный преобразователь может быть использован в ограниченной области частот, в которой пьезопластину, ffatrjjy.женную через переходный слой на рабочую среду, можно представить в виде параляёЙЖб бЙ единенных эквивалентного активного сопротивления и емкости; кроме того, он характеризуется сужением поЛосЫ пропускания частот при больших значениях эквивалентного активного сопротивления и емкостгЙ. Известно ультразвуковое им г льеноё прйёмо-передающее устройство, позволяющее выполнять электрическое согласование пьезопреобразователя с внешними электрическими цепями, состоящее из электронного повторителя, на выходе которого подключен через индуктивность пьезопреобразователь, и дифференциального трансформатора, к нижнему Bbh воду которого параллельно эмиттерному сопротивлению подклюЧМкоМмутируййдай транзистор. Это устройство характеризуется уменьшением коэффициента передачи на низких частотах; для работы устройства требуется малая величина сопротивления пьезопреобразователя, что щ иводит к технологическим ТрУдшстям fero изготовления. Наиболее близким к изобретению по техшнеской сущности является электроакустический преобразователь, состоящий из последовательно соединенных индуктивности,конвертоjpa отрШатёльного Жпр5 йвлёкйй (КОС) и механически демпфированной пьезоэлектрической пластины с переходным слоем Между пластиной и рабочей средой. В этом преобразователе активное отрицательное сопротивление КОСа компен ёйр5 ГШГерй в катушке индуктивности н диэлектрические потери в пьеэопластине с выбирается таким, чтобы входноеаксустическое сопротивление преобразователя было равно акустичес,кому сопротивлению рабочей среды. Однако в j преобразователе отсутствует эЛектрическое согласование его с внешними электричесютми цепями; кроме того, он имеет узкую полосу акустического согласования.

Целью изобретения является улучшение элект- ю рйческбго и акустического согласования и расширение рабочей .полосы частЪт. В описшаемом преобразователе это достигается тем, что в нем ак ШМШ Ша. йй кор- рейтируйщего четырехполюсника, включенного 5

ШжДу двумя Отрицательными резисторными ги раторами, один из котсфых соединен с элёктрода1ми пьезоэлектрической пластины.

На чертеже представлена блок-схШа эЯетктроакустического преобразователя.jO

Он состоит из пьезоютастины 1 ТТГерехоДНЫм слоем 2 указанной пластиной и средой 3 и активной электрической цепи; состоящей из КаСкаДно соединеннйк отрицатепьногЪ реэйсторного гиратора 4, вход kotOjpdro подкпШён К и электродам пьезоэлектрической пластины 1, корректируюшего четырехполюсника 5 И iaitbponj резисторного гиратора 6, вход которого является входом электроакустичеркого преофазователя.

Введенный отрицательный реэисторный гират6р; о 4 преобразует коп4плексный икшеданс пьезоппао тины 1 так, что его входной импеданс тфотивоположен по знаку и обратно аропорционален импедансу пьезоппастины 1, нагруженный через переходный слой 2 на рабочую среду 3. Корректируюш й четырехполюсник 5 является пассивным реактйвньш четырехполюсником и рассчитывается так, чтобы отрицательная мнимая часть входного импедансагиратора 4 компёШнровалась положительной мнимой частью выходного импе- 40 данса четырехполюсника 5, а оставшаяся не скомletiSij tJBaHiflaH айтйййая часть ймпеДанса посредством отрицательного гиратора 6 преобраэбвьта Ttlctв С6прЬ ивлеййё с йШожсйШьшШ зШюбм.

Пьезоэлектрическая пластина t с пёрёходаым 15 слоем 2, нагруженная на рабочую среду 3, описы вййТся С гюмощью эквивалентной схемы, представ ленной реактййным чётырехполюсгаиком, нагруK7§;J S&S5ifesjSf C 4- i 4 - V- - .,,- i.- ..

WSa&M ttxonf skBHBSOieHTHHM активным оо1фотйвлением.50

Электрическое и акустическое согласование достигается, если общая Матрица пёрёДДЧйЦёпй,

юстояаШ

його резйстортого гиратора 6, корректирующего четырехполюсника 5, отрицательного резистор- 55 ного гиратора 4 и рёйктивного чётырёхлолнюнкка пьеэогшастины 1 с переходным слоем 2 между указанной пластичной и рабочей средой 3, равна матрице передачи идеального трансформатора.

а в случае равенства сопротивления генератора эквивалентному-активному сопротивлению пьезопластины - равна единичной матрице Е.

АВ.АВз Е,

где А - передачи отрицательного резисторного гиратора;

BI - матрица передачи корректирующего четьфехлолюсника 5;

В - матрица передачи реактивного четырехполюсника пьезопластины 1, нагруженной через переходной слой 2 на рабочую среду 3.

Из этого условия находятся коэффициент тирацин и матрица корректирующего четырехполюсника. Изменяя коэффициент гирации отрицательных резисторных гираторов 4 и 6 и выбирая соответствующим образом матрицу корректирующего четьфехполюсйика 5, можно добиться того, «гто входное сопротивление злектроакустйческого 1феобразбвателя, рфноё согфОтивлению на входе отрицательного резисторнрго шратора 6, стан&1зйт ; piuaHbiM сопротивлению генератора и в то же время эквивалектноё акустическое сопротивление 1феобразо&ателя йа аькоде оказьь вается равйьТм акустическо (ютфотивлейию рабочей средь1, при этом амплйтудньхй. коэффиЦйёйт отражения с электрической и акустической стороны - минимальный. Матрица BI является матрицей пассив itoit) реактивного четьфехполюсйика, уд(шлетворяющей условиям физйческо Гр&Ш ШстОи во всем частотном диапазоне, поскольку )1изуема матрица BI и,следовательно, в идеальном случае преобразователь имеет бесконечно полосу Согласования.

Для реального устройства полоса согласования Ъ11 еделяется частотными свойствами трайзисторов в гаратррах запасом устойчивости и точнс тьк) peanftsiaaHH матрицы корректирующего четырехполюсника.

ИспользовШйе описьюаемого электроакустического преобразователя при койструйровашш ультразвукбвых Лйййй задержки позволяет, не M itirteiXflunointH изготовления лйний, лучше ctHfitiaciOB ttTb электроакустический преобразователь с рабочей сред(кй и внешними электрическими цепями.

Провепённые эксперименты показали, что 1фяменейие преобразователя позволяет уменьшпгь эатухШШ ШЕОШШГО Сйгйалф в ультразвуковых задержки на 15-30 дБ, расцщрить псШосу, фопус1каш1Я йа 20-40%, по сравнению с щ йМёйяемыШ В шстояшее время ультразвукоВШв« лиШшКЩ задержки, и актйвйо влйять на форму амппитудно-частотйой и фазовой частотйой характеристик.

Формула изобретения

Электроакустический преобразователь, включающий пмэьэлёктрйческую пластину с переходным слоем между пластиной и рабочей средой и активную электрическую цепь, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрического ч акустического соглаоовшия и расширешм рабочей полосы частот, в ием активная электрическая цепь выполиена в виде корректирующего четырехполюсника, включенного между двумя отрицательными резисторным) гираторами.одкн из которых соединен с электродами пьезоэлектрической пластииы.