Пьезоэлектрический трансформатор Советский патент 1980 года по МПК H01F30/00 H01L41/00 

1

Изобретение относится к области пьезоэлектрических устройств, в частности к пьезоэлектрическим трансформаторам (ПТ), и может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре малой и средаей мощности для преобразования электрического сигнала одного уровня в сигнал другого более высокого или низкого уровня.

Известны пьезоэлектрические трансформаторы ij , представляющие собой монолитный поляризованный в псшеречном направлении пьезокерамический элемент, снабженный тремя электрюда- мн в свободный на концах, аля которого отнощение расстояния между ко цами к длине волны (Л) механически колебаний на рабочей частоте ПТ равно единице (вторая мода колебаний).

Функциональная схема таких ПТ состоит из двух секций - входной и выходной, полйризованньк в поперечном направлении (поперечно-поперечный тип ПТ).

ПТ с указанным направлением поляризации используются в низковольт ных (до 1 кВ) вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуре при сравнительно высоких входных и выходных токах. Величина коэффициента трансформации для этих ПТ незначительно отличается от единицы, ее можно в И раз увеличить, соединив параллельно-последовательно h пьезо,элементов.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является пьезоэлектрический трансформатор, со5держащий пьезоэлектрическую пластину продольных колебаний с тремя электродами, образующими входную и выходную секции, с отношением длины плаотины к длине волны механических ко0лебаний на рабочей частоте, равным 3/4 2.

В известном трансформаторе Bi ixoaная секция пояяризоваиа продольис,

3

а конец нходиой секции жестко закреплен.

Такое техштческое решение не обеспечивает повьаиения коэ(|х|)И1шенга трансформации при поцеречиом поляризации выходной секции.

Целью изобретения является повышение коэ({)фиш1ента трансформации, Цель обеспечивается тем, что в пьезоэлектрическом траисс{юрматоре, соаержащом пьезоэлектрическую пластину продольных колебаний с тремя :электродами, образующими входную и выходную секции с отношением длины пластины к длине волны механических колебаний на рабочей частоте, равным 3/4, указанная пластина со стороны выходной секции жестко закреплена и имеет поперечную поляризацию.

Такое конструктивное решение ПТ обусловлено следующим: реализация ПТ с коэффициентом трансформагши больше единицы связана с введением несим- метрки в его функциональную схему, т.е. с различньм конструктивным вътгполнением входной и вьосодной секции (например, неодинаковая плсяцадь электродов секций, ступенчатое вылоянение пьезоэлемента и т.д.-).

Различные условия закрепления на концах пьезоэлемента (один конец жестко закреплен, а противоположный - свободен) позволяют усилить несим- метрию функциональной схемы ПТ, т. е. увеличить значение коэффициента трансформации при сохранении его рабочей частоты. Очевидно, что при обратном включении предложенного flT значение его коэффи1шента трансформации ссхугветственно умен1эшится.

На фиг„ 1 предстаЕшена конструктивная схема предлагаемого- пьезоэлектрического трансформатора; на фиг. 2 - вариант элемента крепления пластины.

Пьезоэлектрический трансформатор (фиг, 1) Ызшолнен в виде тонкой пьезкерамической пластины 1, длиной Се f . Пластина снабжена тремя электродами 2, 3 и 4, образующими входную (3,2) и выходную (4,3) секции, и жестко закреплена на конце выходной секции в элементе крепления 5 Трансформатор работает следующим образом.

Перемешюе напряжение электричесКО1ХЭ поля, приложенного к входной сеции пьезопластины (электроды 2, 3 н

8714

фиг. 1) благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту вызывает меxaHiPiecKHB колебания всей пластины, резонансно усиленные на частоте, характерной для пластины с одним зажатым и другим свободным конном и соответствующей длине волны А механические колебания в выходной сек- 1ХИИ прямого пьезоэффекта создают электрическое поле, приводящее к появлению разности потенциалов на электродах 4, 3.

Был изготовлен опытный образец предлагаемого ПТ.

Пьезоэлектрический трансформатор вьшолнен в виде тонкой пластины из пьезокерамического состава ЦТС-23 с рабочей длиной 30 мкм, что соах

ует j- на частоте 80 кГц,

ответств

0 шириной - и толщиной - . Пластина снабжена тремя электродами длиной (входная секция),-j-(выходная секция) и - общий электрод. Она поляризована в поперечном

3 направлении - по толщине и работает в режиме продольных колебаний по длине на частоте -fp 80 кГц. Конец входной секции свободен, конец выходной секции жестко закреплен в зажиме 5

0 (см. фиг. 1). Конструктивный вариант элемента крепления приведен на фиг. 2. Зажим 5 - круглый стержень из металла диаметром АО /2, и длиной А /4 ( Лд- длина волны продольных, коле5 баний в материале стержня) с диаметральной прорезью шириной Ас /40 на глубину о /8- Пьезокерамическая пластина 1 вклеена в прорезь 6 с помощью эпоксидной массы МД5-65.

Испытания трансформатора показали, что коэффициент его трансформации равен 2, 4.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический трансформатор, содержащий пьезоэлектрическую пластину продольных колебаний, с тремя электродами, образующими входную и вы-

ходную секции, с отношением длины пластины к длине волны механических колебаний на рабочей час1Х)Те, равным 3/4, отличающийся тем, что, с целые повьаиения коэффициента

трансформации, указанная пластина со стороны выходной секции жестко закреплена и имеет поперечную поляризацию.

S7218716

Источники информации,2. Авторское СБИдетол1 :тво СССР

принятые во виимa шe при экспертизепо заявке N9 2360026/25,

1.Патент Великобритании№1325058,кл. Н 01 L 41/О8, 13.05.76 (тфокл, Н 2 Н, опублик. 01,08.73.тотип).

вхо

Выход

4/2.2