專利名稱：消除交流電波形中噪聲的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置，是關(guān)于消除交流電波形中噪聲(寄生波)的裝置。比如在由100V商業(yè)交流電源提供的正弦波交流波形上疊加諸如白噪聲或電磁干擾所產(chǎn)生的寄生波噪聲，其結(jié)果，由其交流電源提供的電力將對(duì)電磁設(shè)備(含電子設(shè)備)產(chǎn)生不利影響，該裝置是關(guān)于防止這種不利影響的裝置。具體地說，本發(fā)明涉及的裝置通常是對(duì)整個(gè)電子設(shè)備起作用，它與電源輸入電路相連，而不插入電子設(shè)備的各個(gè)功能電路中。
通常采用濾波器等對(duì)由L、C、R的時(shí)間常數(shù)所決定的特定頻率進(jìn)行調(diào)整，給每一個(gè)功能電路旁路接地功能或電流元件功能。
但是在以往的這種裝置中，由于是利用電容性阻抗或電感性阻抗，必然會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性，不能對(duì)整個(gè)頻帶得到均衡的效應(yīng)，在某種程度上就不能夠完全回避電磁干擾噪聲的惡劣影響。致使對(duì)于白噪聲得不到完全抑制的滿意效果。
總之，由于從交流電源中帶來了具有不特定而且不穩(wěn)定的頻譜的噪聲或干擾波，從而就不能夠避免諸如音響設(shè)備的聲音失真、音像設(shè)備的畫面或色彩的紊亂等。
并且，在電磁設(shè)備里除線圈以外還裝有變壓器、電阻、電容器、半導(dǎo)體器件等諸多電子元器件，包含上述駐波噪聲的輸出電流也受到這些元器件具有的電感、電導(dǎo)、電容等電特性成分及熱噪聲、電子散射等材料特性成分的影響，將進(jìn)一步助長(zhǎng)在電流的0電平附近駐波噪聲的結(jié)果。
這些駐波噪聲原本疊加在忠實(shí)于輸入信號(hào)的正常的輸出信號(hào)上，因而不能準(zhǔn)確地變換輸入信號(hào)。以往這樣的電磁設(shè)備使對(duì)輸入信號(hào)的聲音、畫面、數(shù)據(jù)記錄等的變換不正確且不明了，從而失去這些內(nèi)容的科學(xué)性、藝術(shù)性，或者隨意地刺激人的視聽覺神經(jīng)，在社會(huì)環(huán)境、文化藝術(shù)、精神衛(wèi)生及科學(xué)技術(shù)上帶來極大的壞影響。對(duì)此置之不理，將成為從社會(huì)角度看不能容忍的重大問題。
本發(fā)明的目的在于解決這個(gè)問題，但不僅僅只解決這個(gè)問題，對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備的廠家沒有考慮這個(gè)問題而制造出廠的電磁設(shè)備，只把一種裝置與電源輸入電路中連接，使最終的用戶可任意且簡(jiǎn)單地裝入電子設(shè)備的裝置。
本申請(qǐng)的發(fā)明者，是在日本專利第JP2731456號(hào)公報(bào)上所公開的發(fā)明專利權(quán)人之一。作為上述課題的解決手段與發(fā)明有關(guān)的「小功率電路」里的每個(gè)功能電路中，個(gè)別地連接了改善音質(zhì)用的PN結(jié)元件(溫差熱電微型組件)，注意到其特性，使它總體上適用于「大功率電路」的電源電路。
上述的PN結(jié)元件，是由珀耳帖效應(yīng)產(chǎn)生溫差，根據(jù)塞貝克效應(yīng)而產(chǎn)生熱電流的元件，以下對(duì)本發(fā)明再做如下的說明。
如圖6所示，具有熱電能的半導(dǎo)體P型材料62和N型材料63結(jié)合于結(jié)64而形成PN結(jié)，上述結(jié)合部及材料兩外側(cè)的電極65和66組成了元件61，在P型材料部62和N型材料部63之間有第一方向的電流流動(dòng)時(shí)，在上述結(jié)合部64處產(chǎn)生珀耳帖發(fā)熱的同時(shí)在兩電極部65和66處產(chǎn)生珀耳帖吸熱，通過塞貝克效應(yīng)，上述發(fā)熱和吸熱帶來瞬態(tài)的溫差△Tt，在結(jié)64和電極65及66之間產(chǎn)生瞬態(tài)的第一極性反電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)沿與上述第一方向相反的第二方向電流流動(dòng)時(shí)，使上述瞬態(tài)的溫度差△Tt反轉(zhuǎn)，相反的在電極65及66之間產(chǎn)生第二極性的反電動(dòng)勢(shì)，由此，使珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)在同一元件內(nèi)發(fā)生，可抑制構(gòu)成駐波噪聲的反電磁感應(yīng)電流，為這樣一個(gè)電磁電路信號(hào)波形改善的元件。
圖的簡(jiǎn)單說明

圖1為本發(fā)明裝置實(shí)施例1的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明裝置實(shí)施例2的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明裝置實(shí)施例3的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明裝置實(shí)施例4的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5(a)為實(shí)施本發(fā)明帶有延長(zhǎng)接線且附電源插座的示意圖。(b)是直接插在墻壁插座上，使用插入式電源插座的示意圖。
圖6是本發(fā)明所用的PN結(jié)元件的構(gòu)成圖。(a)是塊狀材料結(jié)合的元件。(b)是薄膜、厚膜材料結(jié)合的元件。(c)是塊狀材料與結(jié)合金屬片組合構(gòu)成Π形的元件構(gòu)成圖。
第7圖顯示電子圖象的顯示裝置的水平偏轉(zhuǎn)及垂直偏轉(zhuǎn)的「鋸齒」波形圖。(a)是正常的「鋸齒」波形；(b)是疊加了駐波噪聲的不規(guī)則「噪聲」波形圖。
圖6示出了上述改善音質(zhì)的PN結(jié)元件61，是由導(dǎo)電性不同的P型材料62和N型材料63組成的一對(duì)PN結(jié)導(dǎo)線67和68作為電極引線與和PN結(jié)64相對(duì)的材料端面65、66相連，分別形成結(jié)的邊界層。圖6(a)是塊狀材料結(jié)合的音質(zhì)改善元件。圖6(b)是薄膜及厚膜材料結(jié)合的音質(zhì)改善元件。圖6(c)是用金屬片69結(jié)合塊狀材料而形成Π形結(jié)合的音質(zhì)改善元件。
在這里P型材料的絕對(duì)熱電功率為「αP」,N型材料的絕對(duì)熱電功率為「αN」，則這兩個(gè)材料結(jié)合對(duì)的相對(duì)熱電功率αR由兩材料的絕對(duì)熱電功率差(αP-αN)來定義。在圖1所示的結(jié)合元件61中，譬如電流從P型材料62向N型材料63流動(dòng)，在結(jié)64處元件61的相對(duì)熱電功率αR=αP-αN，從而產(chǎn)生與電流I及結(jié)64的絕對(duì)溫度T成正比例的珀耳帖發(fā)熱αR·I·T，在兩電極部分65、66產(chǎn)生了分別與元件61的相對(duì)熱電功率αR電流I及電極部分65、66的絕對(duì)溫度T成正比例的珀耳帖吸熱(αP-αCu)·I·T和(αCu-αN)·I·T，作為這些珀耳帖吸熱的總值為αR·I·T。其結(jié)果，結(jié)64的溫度升高，兩電極部分65、66溫度下降，結(jié)64與電極部分65及66(65和66的溫度相同)之間產(chǎn)生溫度差△T。這個(gè)溫度差△T受由元件的電阻R而得的焦耳熱I2R的影響而瞬態(tài)地變化，同時(shí)受熱電阻的倒數(shù)即熱電導(dǎo)K而得的熱傳導(dǎo)K△TD的影響而瞬態(tài)地變化。
但是，對(duì)于電流的急劇變化，焦耳熱和熱傳導(dǎo)的影響極少，而且溫度差△T主要是由珀耳帖吸熱及發(fā)熱，而極迅速且瞬態(tài)地變化，使得當(dāng)PN結(jié)64的溫度為Th，兩電極部分65、66的溫度都為Tc，雖然兩電極部分65、66間沒有溫度差，可是PN結(jié)64和兩電極部65、66之間產(chǎn)生瞬態(tài)溫度差△Tt=Th-Tc。
根據(jù)塞貝克效應(yīng)所發(fā)生的這個(gè)瞬態(tài)溫度差△Tt。給出瞬態(tài)反電動(dòng)勢(shì)αR△T，此電動(dòng)勢(shì)PN結(jié)64和兩電極65、66之間的元件的相對(duì)熱電功率αR成正比。從P型材料62向N型材料63瞬態(tài)電流流動(dòng)的時(shí)候，電極65具有正極性，電極66具有負(fù)極性。當(dāng)元件中流動(dòng)的電流方向反向時(shí)，PN結(jié)的溫度和兩電極部的溫度及電極的極性也逆轉(zhuǎn)。
由于珀耳帖吸熱和發(fā)熱及塞貝克反電動(dòng)勢(shì)是由元件的PN結(jié)64及兩電極65、66的結(jié)合邊界層處的電子非常迅速的動(dòng)作而產(chǎn)生的，它們是在電磁裝置的線圈電路中流動(dòng)的電流方向急劇地反轉(zhuǎn)時(shí)，線圈的電感分量迅速地抑制在輸出電流的0點(diǎn)附近發(fā)生的，因而迅速抑制因駐波噪聲而產(chǎn)生的反電磁感應(yīng)電流，從而保持輸出信號(hào)為正常波形，帶來顯著的改善效應(yīng)。
作為不同導(dǎo)電類型的材料，如表1所示，測(cè)量金屬及化合物的絕對(duì)熱電能，按其大小順序排出了熱電系列，存在具有較大的正和負(fù)的絕對(duì)熱電能的材料。作為適合的材料，可列舉熱電半導(dǎo)體材料。由于這種材料在將被使用的溫度范圍內(nèi)是絕對(duì)熱電能α和導(dǎo)電率σ比較大，而熱傳導(dǎo)率K比較低的材料，因而對(duì)于同一電流，產(chǎn)生溫度差△T1和發(fā)生反電動(dòng)勢(shì)α△T的能力較大。Z=α2σ/K一般被稱為熱電材料的性能指數(shù)，使用這個(gè)值較大的材料的結(jié)元件被看作優(yōu)質(zhì)的音質(zhì)改善元件。
具體地說，作為這樣的音質(zhì)改善元件所了解的元件中使用的材料的例子，現(xiàn)階段有在常溫附近的性能指數(shù)Z(Z=α2σ/K)大的碲化鉍材料。
作為P型材料的例子有(Sb2Te)A(Bi2Te3)B(Sb2Se3)C，其中對(duì)于A=70～72,B=23～27,C=3～5,Te是作為施主而添加的。作為n型材料的例子有(Bi2Te3)D(Sb2Te3)E(Bi2Se3)F，其中對(duì)于D=90～98,E=0～50,F=2～5，還有把SbI3,HgBr2那樣的金屬鹵化物是作為施主添加的材料。
由這樣的材料構(gòu)成的上述PN結(jié)元件，譬如在TV中的水平和垂直偏轉(zhuǎn)電路中使用的例子，如圖7所示。圖7(a)顯示規(guī)則的「鋸齒」波，(b)顯示重疊了駐波噪聲的不規(guī)則「鋸齒」波。后者使畫面的質(zhì)量惡化，而通過將前述的PN結(jié)元件串聯(lián)接在電路中，可得到還原成規(guī)則的「鋸齒波」(a)的效應(yīng)。
例如，東京電力公司向用戶供給具有50Hz頻率的交流電流，每1/100秒其流動(dòng)的方向就要改變。組成電流的是電子流，電子有質(zhì)量，因而具有慣性，這樣不能每1/100秒即刻響應(yīng)方向的轉(zhuǎn)換(不能急速停止)而相互碰撞，電子形成無序狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)會(huì)發(fā)生白噪聲。
本發(fā)明的特別意義在于防止因電子無序狀態(tài)所致電子之間的相互碰撞，采用一種降低噪聲的元件，其特征在于“通過珀耳帖效應(yīng)產(chǎn)生溫度差，通過塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生熱電流”，用以實(shí)現(xiàn)解決所述問題方案的目的，而在從電源接受適宜的商業(yè)交流電的情況下，不必觸及諸如家用音響設(shè)備、TV等圖象顯示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明在多相交流如三相交流的電源電路中也同樣可以應(yīng)用。以下指出在單相交流100V的電源電路中應(yīng)用例。日本國(guó)內(nèi)的商業(yè)交流電源通常由100V供給，但同樣可變更設(shè)計(jì)使適用于動(dòng)力電源使用的200V及外國(guó)的220V以上的電壓?？紤]耐壓進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，電壓無上限，也能適用于配電電路的高電壓及送電電路的超高電壓。選擇適宜的二極管和PN結(jié)元件的電流容量要求值時(shí)，也可以對(duì)大電流即高電容量的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。
在圖1所示的基本電路中，交流輸入(IN)和輸出(OUT)間的兩條線L和R(注顯示的是單相交流的情況，三相交流的情況為3條線)，在其上各自并聯(lián)接分割的分支線a和b，支線a上串聯(lián)接二極管da和在同一元件內(nèi)發(fā)生珀耳帖效應(yīng)及塞貝克效應(yīng)的PN結(jié)元件ta，形成順方向電流路C-a-da-ta-D，支線b上串聯(lián)接二極管db和上述PN結(jié)元件tb，形成反方向電流路C-b-db-tb-D。即是，線a的PN結(jié)元件ta通過經(jīng)二極管da整流的直流電流時(shí)，所述PN結(jié)部連接于被冷卻的方位上。
線b也由同樣的電路構(gòu)成，本電路的(OUT)處連結(jié)負(fù)載設(shè)備。本裝置使用時(shí)，PN結(jié)元件ta由半波整流的脈動(dòng)電流沿給定的方向流動(dòng)，根據(jù)珀耳帖效應(yīng)，使PN結(jié)被冷卻，由產(chǎn)生的溫度差根據(jù)塞貝克效應(yīng)構(gòu)成熱發(fā)生器，將包含噪聲的電流從輸入端輸入給熱電子流群，再被送出。
圖1中的線L和線R分別被分割成支線a、b2條線，且二極管和PN結(jié)元件的串聯(lián)電路形成如圖所示的電路狀態(tài)，也可以只將線L或線R的兩條線中的任一條線接成分支線的狀態(tài)，剩下的線為一般狀態(tài)(即使其不成為上述串聯(lián)連接電路狀態(tài))也可以。
圖2是在圖1電路的輸出端裝入沿NP方向相反方向連接的環(huán)狀電路，這樣的運(yùn)行使得2個(gè)元件中的一個(gè)結(jié)冷卻，另一個(gè)被加熱，并且由于熱電池被短路而有大電流在這個(gè)環(huán)內(nèi)產(chǎn)生。這個(gè)環(huán)內(nèi)的電流，響應(yīng)接于(OUT)的設(shè)備負(fù)載變化，輸送電子群接到地線中。另外也對(duì)設(shè)備一側(cè)出來的反射波進(jìn)行吸收。
圖3是在圖2電路的二極管前面，亦即輸入端接入PN結(jié)元件ta的圖。在37英寸電視的實(shí)驗(yàn)中，圖1的電路圖象質(zhì)量、音質(zhì)均比使用前要好。圖2的電路比圖1的要好，而圖3更好。
圖4的(1N)線中反接了環(huán)狀消除噪聲元件，效果更加好。
圖5是放大的示意圖，元件的實(shí)際尺寸比這要小很多。例如，電流容量10安培的元件尺寸(高×寬×長(zhǎng))大體為2mm×2mm×3mm左右電流容量50安培的元件也大體為5mm×5mm×3mm左右，截面積大體與電流量成正比，長(zhǎng)度為3mm左右。
作為音響設(shè)備，視頻設(shè)備等電子設(shè)備的工作電源，例如使用100V的商業(yè)交流電源的用戶，容易連接，方便使用，如所示，圖5(a)接有延長(zhǎng)電源插頭52的接線盒51的一例，圖5(b)接有壁式電源插頭53的接線盒54的一例。在圖5所示的殼體內(nèi)裝有圖1～圖4所示的電子電路。
作為其他的實(shí)施例，例如設(shè)計(jì)為在保險(xiǎn)絲盒內(nèi)，在1條線和電流斷路器的1個(gè)端子之間能夠接入的情況，或者設(shè)計(jì)為適合在保險(xiǎn)絲盒內(nèi)使用的保險(xiǎn)絲規(guī)格并且原本和保險(xiǎn)絲一起可插換的形狀、尺寸。這些也是可能的。
由上述可知，在音響聲音輸出電路、錄象圖象輸出電路等功能電路內(nèi)，于設(shè)計(jì)、制造階段安裝上，在同一元件內(nèi)能夠發(fā)生珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)的PN結(jié)元件，則可以得到特殊的噪聲消除效應(yīng)。
例如，圖7所示TV的水平或垂直偏轉(zhuǎn)電路里，將前述的PN結(jié)元件插入時(shí)，對(duì)于圖7(b)那樣的駐波噪聲被重疊而不規(guī)則的「鋸齒」波使畫面的質(zhì)量惡化現(xiàn)象，得以恢復(fù)到規(guī)則「鋸齒」波(a)的效應(yīng)。
但是，在沒有預(yù)先考慮噪聲消除效應(yīng)的電磁設(shè)備和供電的交流電源之間，通過用戶的選擇可簡(jiǎn)單地插入之附屬裝置的產(chǎn)品，裝入這個(gè)裝置例如對(duì)TV僅由交流電源供電的情形，則使用的電視就可以變成逼真電視，成為「對(duì)人的眼睛和耳朵更親和的電視機(jī)」。亦即，消除商業(yè)交流電源中發(fā)生的噪聲紊流，使電視畫面的熒光色和靜電大幅減少，具有將喧鬧的聲音改變?yōu)槎幸糍|(zhì)良好的效果。
電路組成從圖1到圖4所示，隨其多重化而效果更加提高?？傊?，例示效果顯著的TV畫面圖象時(shí)，如下所述①自然光的圖象(山、水、草、花)，②人的臉，③變化快的體育(棒球、相撲、花樣滑冰)，④時(shí)裝(色彩鮮艷的)，⑤美食(同上)，⑥錄象的畫面。
權(quán)利要求
1．一種消除交流電波形中噪聲的裝置，該裝置是接在交流電源和交流電磁設(shè)備的電源輸入處之間的裝置，其特征在于，在交流電源的各相線(如L、R)至少一條線上并聯(lián)連接分割的分支線a和分支線b，所述并聯(lián)連接的分支線a和b，由分別能使珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)在同一元件內(nèi)發(fā)生的1個(gè)PN結(jié)合元件ta，及1個(gè)二極管d串聯(lián)連接電路組成，所述并聯(lián)連接的分支線a和b，由輸入端連接點(diǎn)C及E，輸出端連接點(diǎn)D及F連接，形成電流的環(huán)流狀，在交流電源輸入端(IN)，設(shè)有附輸入插座、插入插頭線及電源線的插入盒，在交流電源的輸出端(OUT)設(shè)有附輸出插座、插口及帶延長(zhǎng)線的插座。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除交流電波形中噪聲的裝置，其特征在于所述并聯(lián)連接分支線a和b的輸出端接點(diǎn)D及F與輸出(OUT)的端子之間，反向并聯(lián)連接所述PN結(jié)元件ta2、tb2，而ta2、tb2間是串聯(lián)連接。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的消除交流電波形中噪聲的裝置，其特征在于設(shè)在上述各分支線a的輸入端的二極管的陽極與輸入端(IN)之間，將上述PN結(jié)合元件ta3沿正方向串聯(lián)連接，設(shè)上述各分支線b的輸入端的二極管的陰極與輸入端(IN)之間，將上述PN結(jié)元件ta3沿反方向串聯(lián)連接。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的消除交流電波形中噪聲的裝置，其特征在于上述各線的上述PN結(jié)元件ta3和tb3的輸入端連接點(diǎn)G或者H和輸入端(IN)間反向并聯(lián)連接上述PN結(jié)元件ta4、tb4，而ta4、tb4間串聯(lián)連接。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的消除交流電波形中噪聲的裝置，其特征在于上述交流電源各相線內(nèi)至少有1條線從輸入端到輸出端的電路可以被容納于電絕緣的盒內(nèi)。
6．一種消除交流電波形中噪聲的裝置，在輸入交流電為三相交流的時(shí)候，所述交流輸入線有3條線組成，各線電路構(gòu)成有述權(quán)利要求1-4項(xiàng)中任一所述的消除交流電源波形中噪聲的裝置。
7．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的消除交流電波形中噪聲的裝置，其特征在于作為可在同一元件內(nèi)珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)發(fā)生的PN結(jié)元件，是將具有熱電能的半導(dǎo)體P型材料部分和N型材料部分于PN結(jié)處結(jié)合成一對(duì)結(jié)，與上述結(jié)及其相反側(cè)各自材料的兩電極部分組成的元件，并且是通過在P型材料部分和N型材料部分之間加以第一方向的電流流動(dòng)的時(shí)候，上述PN結(jié)處產(chǎn)生珀耳帖發(fā)熱，同時(shí)兩電極部分產(chǎn)生珀耳帖吸熱，由塞貝克效應(yīng)，上述發(fā)熱和吸熱的瞬態(tài)溫差△Tt，在PN結(jié)和兩電極部分之間發(fā)生第一極性反電動(dòng)勢(shì)，在和上述第一方向相反的第二方向上電流流動(dòng)的時(shí)候，使上述的瞬態(tài)溫差△Tt逆轉(zhuǎn)，由此與兩電極部分之間產(chǎn)生相反的第二極性反電動(dòng)勢(shì)，利用在同一元件內(nèi)可發(fā)生珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)來改善電波形的元件。
全文摘要
在商業(yè)交流電源供給的交流波形里含有白噪聲及因電磁干擾造成的寄生波噪聲等,為了不給接受電源供給的電磁設(shè)備帶來不良影響,提供后置或外接的裝置,這裝置的每個(gè)「小功率」功能電路在設(shè)計(jì)制造時(shí)就裝有具「珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)在同一元件內(nèi)發(fā)生的使噪聲降低效果之PN結(jié)元件」ta,將此ta應(yīng)用于「大功率」電路里。交流電輸入端子IN和電磁設(shè)備輸出端子OUT之間至少有1根線上并聯(lián)分支線a、b,兩分支電路里串聯(lián)連接二極管da、db和結(jié)元件ta、tb,從而構(gòu)成外接裝置,使一般用戶可直接簡(jiǎn)單地使用。
文檔編號(hào)H01L35/28GK1319273SQ9981128
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期1999年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月29日
發(fā)明者大坪一夫 申請(qǐng)人:大坪一夫