Brevet FR2502373A1 — publié le 19820924

La présente invention concerne un dispositif générateur de bruit utilisant un transducteur piézo-électrique et, plus particulièrement, un générateur de signal audible piézo- électrique, auquel sont incorporés un transducteur piézo- électrique à trois électrodes, un amplificateur, un déphaseur et une boucle de réaction. Un dispositif générateur de bruit piézo-électrique type connu comporte, comme représenté sur la figure 1, un transduc- teur piézo-électrique à trois électrodes X1 comprenant une plaque métallique mince élastique 1 comme électrode de masse, une plaque piézoélectrique 2 et une électrode d'excitation 3, l'électrode d'excitation 3 étant connectée au collecteur d'un transistor Q1. tandis qu'une électrode de réaction 4 est re- liée, par l'intermédiaire d'une résistance R3, à la base du transistor Q1. Toutefois, ce dispositif générateur de bruit connu, uti- lisant un transducteur piézo-électrique du type à réaction, produit une pression sonore inférieure à la valeur prévue déduite théoriquement du cas d'un transducteur piézo-électrique à deux électrodes sans électrode de réaction. On a tenté de pallier cet inconvénient en utilisant un transformateur pour élever la tension d'une source d'alimentation, mais cela conduit à un dimensionnement important du dispositif et cela ne satisfait pas aux exigences industrielles et commerciales. L'invention a pour objet de créer un dispositif générateur de bruit piézoélectrique perfectionné, réalisé d'une manière lui permettant d'offrir une performance de génération de bruit maximale. Un autre but de l'invention est de créer un nouveau dispo- sitif générateur de bruit piézo-électrique, capable de produi- re une pression sonore plus élevée, sous une faible tension électrique d'excitation, quele dispositif classique. La présente invention est basée sur le fait qu'on a trou- vé d'après divers expériences qu'une rotation de phase indé- sirable d'un signal se produit dans le circuit de réaction entre le transducteur piézo-électrique et l'amplificateur. Théoriquement, le signal d'excitation appliqué à l'électrode d'excitation 3 d'un transducteur piézo-électrique du type à réaction X1 et le signal détecté à partir de son électrode de réaction 4 sont déphasés entre eux d'environ 1800 en ce qui concerne le transducteur lui-même et la différence de phase entre la tension d'entrée de base et la tension de sortie de collecteur du transistor Q1 est de 180'. On comprendra aisé- ment d'après ce qui précède qu'un dispositif comprenant un transducteur piézo-électrique, un amplificateur à transistor et un circuit de réaction branché entre l'électrode de réaction et la base du transistor produit un son oscillatoire à une fréquence voisine de la fréquence de résonance propre du trans- ducteur piézo-électrique du type à réaction. Toutefois, en fait, un déphasage indésirable du signal de réaction est produit par la résistance de polarisation de base R3 du transistor Q1et la capacité équivalente du trans- ducteur piézo-électrique X1, ce qui a pour effet que le dispo- sitif générateur de bruit oscille à une fréquence fi, qui est trop décalée par rapport à la fréquence de résonance propre f0. En conséquence, la pression sonore est en pratique limitée à une valeur très inférieure à la valeur de crête P0 de la pression sonore correspondant à l'état de résonance propre. Dans ses grandes lignes, un générateur de son audible piézo-électrique suivant l'invention comprend, d'une part, un auto-oscillateur comportant un transducteur piézo-électrique du type à réaction et un amplificateur et, d'autre part, un compensateur de phase pour ajuster le déphasage dû à la combi- naison de la résistancede polarisation de l'amplificateur et de la capacité équivalente du transducteur piézo-électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation. Sur ces dessins la figure 1 est un schéma de montage représentant un dis- positif générateur de bruit piézo-électrique connu type; la figure 2 est un graphique de la caractéristique de pression sonore d'un transducteur piézo-électrique du type à réaction en fonction de la fréquence, indiquant une fréquence de résonance propre f0 du transducteur; les figures 3 à 6(B) représentent un dispositif généra- teur de bruit piézo-électrique suivant l'invention et, plus précisément la figure 3 est un schéma symbolique du dispositif sui- vant l'invention, représentant le montage du circuit de base du dispositif générateur de bruit piézo-électrique suivant l'invention; les figures 4(A), 4(B) et 4(C) sont des graphiques re- présentant les caractéristiques de l'impédance, de l'angle de phase, et de la pression sonore, respectivement, d'un trans- ducteur piézo-électrique du type à réaction utilisé dans le dispositif-générateur de bruit piézo-électrique suivant l'in- vention; la figure 5 est un schéma de circuit représentant spéci- fiquement le montage préféré du dispositif générateur de bruit piézoélectrique suivant l'invention, et les figures 6(A) et 6(B) sont des graphiques représentant, respectivement, l'angle de phase en fonction de la fréquence et la pression sonore en fonction de la fréquence. Un transducteur piézo-électrique du type à réaction uti- lisable dans le dispositif suivant l'invention est connu d' après la description du brevet U.S. n' 3 815 129 et, par consé- quent, il ne sera pas décrit ici de façon détaillée. Le trans- ducteur piézo-électrique offre les caractéristiques d'impé- dance, d'angle de phase, et de pression sonore représentées sur les figures 4(A), 4(B), et (4(C), respectivement. Le transducteur piézoélectrique X1 a une fréquence de résonance fr représentée par un circuit équivalent à résonance série LC (inductance-capacité) et une fréquence d'antirésonance fa re- présentée par un circuit équivalent à antirésonance LC d'une valeur minimale correspondant à la fréquence de résonance fri tandis qu'une valeur maximale correspond à la fréquence d'anti- résonance fa sur la courbe de la caractéristique d'impédance. En outre, en ce qui concerne le transducteur piézo-électrique du type à réaction X1, la différence de phase entre le signal d'excitation appliqué à l'électrode d'excitation 3 et le si- gnal de détection provenant de l'électrode de réaction 4 est de 1800 à la fréquence d'antirésonance fa. Le circuit à auto- oscillation représenté sur la figure 1 est à courant constant pour permettre à la pression sonore P de devenir maximale à la fréquence d'antirésonance fa, mais la différence de phase due à la combinaison entre le signal d'excitation appliqué à 1' électrode d'excitation et le signal de réaction réinjecté à l'entrée de l'amplificateur n'est pas exactement de 180 , en raison de la combinaison de la résistance de polarisation de base de l'amplificateur à transistor et de la capacité équi- valente du transducteur. En conséquence, la différence de phase entre le signal de l'électrode d'excitation et le signal de l'électrode de réaction devient égale à 1800 plus un angle additionnel et la pression sonore résultante prend une valeur P1 très inférieure à la valeur maximale P., comme représenté sur la figure 4(C). Suivant l'invention, un circuit compensateur de phase 8 est prévu pour ajuster la différence de phase, à savoir l'angle additionnel précédemment mentionné, de telle façon que le dispositif générateur de bruit puisse osciller à une fré- quence correspondant à une pression sonore maximale. Un mon- tage particulier désirable du dispositif suivant l'invention est représenté sur la figure 5, oiu les références numériques 7 et 8 désignent l'amplificateur et le compensateur de phase, respectivement. Le collecteur du transistor Q3 est connecté, par l'in- termédiaire d'une résistance de collecteur R6, à une source d'alimentation V ainsi qu'à l'électrode d'excitation 3 du transducteur piézo-électrique du type à réaction X1. L'émet- teur du transistor Q3 est mis à la masse et sa base est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation de base R7, à son collecteur. L'éléctrode de réaction 4 du transduc- teur piézo-électrique X1 est connectée à la base d'un transis- tor Q41 dont le collecteur est relié, par l'intermédiaire d' une résistance de collecteur R9, à la source d'alimentation Vc et à la base d'un transistor Q5 par l'intermédiaire de con- densateurs C1 et C2. L'émetteur du transistor Q 4 est mis à la masse par l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur Ril et est en outre branché entre les condensateurs C1 et C2 par l'intermédiaire d'une résistance semi-fixe (d'équilibrage) R La base du transistor Q5 est connectée, par l'intermé- ' diaire d'une résistance de polarisation de base R12, à la source d'alimentation Vc et est en outre mise à la masse par M'intermédiaire d'une diode D1. L'émetteur du transistor Q est mis à la masse, tandis que son collecteur est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance de collecteur R13, à la source d'alimentation et, par l'intermédiaire d'une boucle de réaction 9 et d'une résistance de base R8, au transistor Q3. Le signal électrique obtenu sur l'électrode de réaction 4 du transducteur piézo-électrique est réinjecté, de façon qu'il devienne déphasé de 1800 par rapport à la tension d'ex- citation régnantsur la base du transistor Q3, par l'intermé- diaire du compensateur de phase 8, qui comprend un réseau de résistances et de condensateurs. A ce moment, la phase est ajustée par la résistance semi-fixe Rl0 qui est connectée au transistor Q4. Cela signifie que le réglage de la résistance Rlo permet à la différence de phase entre la tension d'excita- tion appliquée à l'électrode d'excitation 3 et le signal ob- tenu sur l'électrode de réaction d'être comprise dans la gamme de 1700 à 1900. Les figures 6(A) et 6(B) représentent la caractéristi- que de l'angle de phase et la caractéristique de la pression sonore lorsqu'on fait varier la résistance R10. Lorsque la différence de phase est négative et égale à 1800, la fréquence oscillatoire coïncide avec la fréquence d'antirésonance fa du transducteur piézo-électrique du type à réaction X1 et la pression sonore prend une valeur maximale P0. Dans la gamme de différence de phase comprise entre 170 et 1900, la fré- quence oscillatoire se décale dans la gamme de f3 à f4 et l'on comprendra aisément d'après le dessin que la pression sonore s'abaisse immédiatement à l'extérieur de la gamme. En d'autres termes, une pression sonore élevée peut être obtenue en pratique dans la gamme de f3 à f4 et la résistance semi- fixe R10 doit être réglée de telle façon que la différence de phase soit comprise dans la gamme de 1700 à 1900. On compren- dra aisément d'après les figures 6(A) et 6(B) que le plus pratique est que la résistance semi-fixe soit réglée à la différence de phase de 1800. En comparant le dispositif suivant l'invention avec le dispositif bien connu du type à auto-oscillation sans mécanis- me compensateur de phase, on a constaté que le dispositif suivant l'invention produit une pression sonore supérieure d' environ 16 dB à celle du dispositif connu. Dans le générateur de son piézo-électrique suivant 1' invention, auquel est incorporé un mécanisme de déphasage, on peut obtenir une conversion efficace d'un signal électrique en son en ajustant la différence de phase et l'on peut faire osciller le transducteur piézo-électrique à une fréquence à laquelle une pression sonore maximale peut être obtenue. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation particulier réprésenté et décrit; elle est susceptible de nombreuses variantes sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Générateur de son audible piézo-électrique, caracté- risé en ce qu'il comprend, d'une part, un auto-oscillateur comportant un transducteur piézo-électrique (X1) à trois élec- trodes, un amplificateur (7) et un circuit de réaction (9), ledit transducteur piézo-électrique (X1) ayant une électrode de réaction (4) et une électrode d'excitation (3) et, d'autre part, un compensateur de phase (8) pour ajuster le déphasage dû à la combinaison de la résistance de polarisation de l'am- plificateur (7) et de la capacité équivalente dudit transduc- teur piézo-électrique (X1), ledit compensateur de phase (8) étant réglé de telle manière qu'un signal provenant de ladite électrode de réaction (4) soit déphasé de 170 à 190 par rap- port à un signal provenant de ladite électrode d'excitation (3). 2. Générateur de son audible piézo-électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit amplificateur (7) comprend un premier transistor (Q3) dont le collecteur est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance de collecteur (R6), à une source d'alimentation (Vc) et à ladite électrode d'excitation (3), un émetteur mis à la masse et une base reliée, par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation de base (R7), audit collecteur, ladite base étant connectée par l'intermédiaire d'une résistance de base (R8) audit cir- cuit de réaction (9). 3. Générateur de son audible piézo-électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le compensateur de phase (8) comprend un réseau composé d'une résistance variable (R10) et d'au moins un condensateur (C1). 4. Générateur de son audible piézo-électrique suivantla revendication 2, caractérisé en ce que le compensateur de phase (8) comprend: a. un second transistor (Q4) ayant sa base connectée à ladite électrode de réaction (4) , son collecteur relié à ladite source d'alimentation (Vc) et son émetteur mis à la masse, b. un troisième transistor (Q5) dont la base est connectée, par l'intermédiaire de deux condensateurs (C1, C2) au collec- teur dudit second transistor (Q4), et c. une résistance variable (R10) branchée entre l'émetteur du second transistor (Q4) et l'un desdits condensateur (C1, C2), ledit circuit de réaction (9) étant connecté par son extrémi- té au collecteur dudit troisièmetransistor (Q5). 5. Générateur de son audible piézo-électrique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite résistance va- riable (R10) est une résistance semi-fixe.