تصميم الدوائر لمحول الإرسال بالموجات فوق الصوتية

فيما يتعلق بمحولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية، فإن دوائر الإرسال والاستقبال بالموجات فوق الصوتية هي أجهزة لتحويل الطاقة الكهربائية والطاقة الصوتية. بشكل عام، يتمتع محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية بكفاءة طاقة كهروميكانيكية منخفضة، مما يؤثر بشكل خطير على مسافة عمل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية. من أجل حل هذه المشكلة، لا يكفي النظر في تحسين الهيكل الميكانيكي والخصائص الصوتية لمحول الطاقة فقط. ومن الضروري أيضًا تحسين تصميم دوائر الإرسال والاستقبال لمحول الطاقة لتحسين قوة الإرسال الفعالة لمولد الموجات فوق الصوتية وجهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية. نسبة الإشارة إلى الضوضاء. يتكون تصميم دائرة الإرسال بالموجات فوق الصوتية من دائرة إرسال بالموجات فوق الصوتية و محول بالموجات فوق الصوتية . يمكن تصنيف دوائر الإرسال بالموجات فوق الصوتية (وتسمى أيضًا مصادر الطاقة الدافعة) إلى نوعين: نوع تضخيم التذبذب ونوع العاكس وفقًا لمبادئ عملها. بالنسبة لمحولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ذات الطاقة المتوسطة والصغيرة والتردد المنخفض، تستخدم بشكل عام مصدر طاقة قيادة متذبذب ومضخم، وتستخدم مذبذب الإثارة الخاص بها لضبط تردد التشغيل لمحول الطاقة عبر نطاق تردد واسع. يتم وصف المكونات المختلفة لمصدر طاقة المحرك أدناه.

مبدأ العمل لمحول الدفع والسحب هو أن عددًا كبيرًا من تُستخدم أجهزة استشعار قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية لتشغيل مصدر الطاقة، وتتكون مرحلة تضخيم الطاقة من محول دفع وسحب أنبوب MOS. يستخدم محول الدفع والسحب محول نبضي بنقرة مركزية كمرحلة إخراج لزيادة سعة جهد الخرج لدائرة القيادة، وبالتالي زيادة طاقة إرسال محول الطاقة. خاصية الدائرة هي أنه في حالة عدم وجود إشارة إثارة (الإشارة القوية ذات مستوى منخفض)، فإن التيار الهادئ لأنبوبي الطاقة MOS يكون صفرًا؛ عندما يكون هناك إثارة للإشارة، يعمل أنبوبا MOS بالتناوب، ويتم دمج إشارات الإخراج نصف الموجة. تشكيل الموجي الكامل. في الدائرة، الشريحة المدمجة عبارة عن دائرة واجهة TTL/MOS ثنائية القناة (بوابة NAND مزدوجة) لتغيير المستوى للتحكم في تيار التصريف لترانزستور MOS؛ ص:مستشعر سرعة الهواء بالموجات فوق الصوتية هو مقاوم محدد للتيار للحد من الحد الأقصى لتيار التصريف MOS للأنبوب لتجنب زيادة التيار العابر المفرط لأنبوب MOS؛ XRC هو فرع يتكون من مكثف ومقاوم لمنع مرور جهد التيار المستمر لمنع تشغيل ترانزستور MOS دائمًا، وفي نفس الوقت يشكل Rc دائرة تقسيم الجهد لتحديد حجم جهد استنزاف بوابة MOSFET Vcs ودورة العمل هي معامل Dmax لإشارة خرج الموجة المربعة لأنبوب MOS. المقاومة الحالية للانحياز الخارجي هي 100-200 كيلو هرتز. يحتوي المستشعر بالموجات فوق الصوتية على مسافة عمل تبلغ 30 مترًا وتردد طنين يبلغ 30 كيلو هرتز. قيمة الذروة إلى الذروة لجهد الخرج لمصدر طاقة القيادة أقل من 400 Vpp. يتطلب هذا الموضوع أن تكون مسافة عمل حساس الموجات فوق الصوتية أكبر من 30 مترًا، وأن يتم تصميم الدائرة وفقًا لطريقة القياس.

 من أجل جعل مسافة عمل مستشعر الموجات فوق الصوتية أكبر من 30 مترًا، يجب أن يكون تردد الرنين أقل من 30 كيلو هرتز (مضبوطًا على 24.5 كيلو هرتز)، في محول سحب أنبوب MOS، سواء كان أنبوب MOS أو أنبوب MOS Q: التوصيل، يشير نموذج دائرة المصدر المشترك إلى أن N هي نسبة المحول و R هو الحمل المكافئ للمحول. نظرًا لأن المحول لا يمكنه تلبية الشروط الثلاثة للمحول المثالي، فمن الأكثر واقعية دراسة مشكلة نقل الطاقة لمحول الدفع والسحب مع نموذج المحول الكامل الخطأ. عندما يكون جهد الدخل لترانزستور MOS Vcs = Vc - vs أكبر من جهد التشغيل، ويتم الضغط على قناة ترانزستور MOS، يرتفع Vns، ويميل استنزاف ترانزستور MOS v، ويميل تيار نموذج المحول المقترن بالكامل إلى التشبع. عند الدخول إلى منطقة التيار الثابت، فإنه بالكاد يتغير مع تغيير vDS، كما أن مقاومة الخرج لها قيمة كبيرة. يتم تحديد الحمل الناتج للدائرة فقط بواسطة coL, NZ . ولذلك، فإن مقاومة الحمل R لترانزستور MOS QI أو Q.

بافتراض أن الحد الأقصى لجهد المصدر لترانزستور MOS هو Vcs وأن معرف تيار التشغيل الأقصى ثابت، ثم ضع في الاعتبار طاقة خرج المحول واستهلاك الأنبوب،تحدد دائرة مستشعر مسافة محول الطاقة نسبة محول النبض المناسبة N، وتمر عبر منطقة مكثف منحنى أنبوب MOS وعند نقطة الوصل لمنطقة التيار الثابت، يمكن الحصول على منحنى الحمل الأمثل AB لأنه عندما يقع تقاطع خط الحمل ومنحنى ID-VD على يمين النقطة الحدودية B بين منطقة المقاومة المتغيرة ومنطقة التيار الثابت، مثل خط التيار المتردد، فإن المعاوقة rDs بين الصرف ومصدر طاقة MOS الترانزستور (اعتمادًا على منحدر الخطي OC و kDSC وانخفاض جهد الأنبوب، وبالتالي زيادة استهلاك الطاقة لترانزستور MOS وتقليل طاقة الخرج للمحول؛ عندما يكون خط الحمل أقل من خط AB، مثل خط AD، نظرًا لأن نقطة التشغيل D ليست في المنطقة الحالية الثابتة، فإن مقاومة الخرج rn لترانزستور MOS تكون متغيرة، ولا يشكل ترانزستور MOS مصدرًا حاليًا يتم التحكم فيه بواسطة Vcs.