طراحی مدار مبدل فرستنده اولتراسونیک

با توجه به مبدل‌های اولتراسونیک، مدارهای فرستنده و گیرنده اولتراسونیک وسیله‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی و انرژی صوتی هستند. به طور کلی، مبدل اولتراسونیک دارای راندمان انرژی الکترومکانیکی پایینی است که به طور جدی بر فاصله کاری مبدل اولتراسونیک تأثیر می گذارد. برای حل این مشکل، صرفاً بهبود ساختار مکانیکی و ویژگی های صوتی مبدل کافی نیست. همچنین لازم است طراحی مدارهای فرستنده و گیرنده مبدل بهینه شود تا قدرت انتقال موثر ژنراتور اولتراسونیک و گیرنده اولتراسونیک بهبود یابد. نسبت سیگنال به نویز طراحی مدار فرستنده اولتراسونیک از یک مدار فرستنده اولتراسونیک و یک تشکیل شده است مبدل اولتراسونیک . مدارهای فرستنده اولتراسونیک (که منابع قدرت محرک نیز نامیده می شوند) را می توان به دو نوع طبقه بندی کرد: نوع نوسانی-تقویت کننده و نوع اینورتر با توجه به اصول کار آنها. برای مبدل‌های اولتراسونیک با توان متوسط ​​و کوچک و فرکانس پایین معمولاً از یک منبع تغذیه تقویت‌شده نوسانی استفاده می‌شود و از نوسانگر تحریک آن برای تنظیم فرکانس کاری مبدل در محدوده فرکانس وسیع استفاده می‌شود. اجزای مختلف منبع تغذیه درایو در زیر توضیح داده شده است.

اصل کار مبدل فشار کش این است که تعداد زیادی از سنسورهای اندازه گیری فاصله اولتراسونیک برای هدایت منبع تغذیه استفاده می شود و مرحله تقویت توان از یک مبدل فشار کش لوله MOS تشکیل شده است. مبدل فشار کش از یک ترانسفورماتور پالس با یک شیر مرکزی به عنوان مرحله خروجی برای افزایش دامنه ولتاژ خروجی مدار درایو استفاده می کند و در نتیجه قدرت انتقال مبدل را افزایش می دهد. مشخصه مدار این است که وقتی سیگنال تحریکی وجود ندارد (سیگنال بارق کم است)، جریان ساکن دو لوله برق MOS صفر است. هنگامی که تحریک سیگنال وجود دارد، دو لوله MOS به طور متناوب کار می کنند و سیگنال های نیمه موج خروجی با هم ترکیب می شوند. یک شکل موج کامل تشکیل دهید. در مدار، تراشه یکپارچه یک مدار رابط دو کاناله TTL/MOS (دو دروازه NAND) برای تغییر سطح برای کنترل جریان تخلیه ترانزیستور MOS است. ر:سنسور سرعت هوای اولتراسونیک یک مقاومت محدود کننده جریان برای محدود کردن حداکثر جریان تخلیه MOS از لوله است تا از افزایش بیش از حد جریان گذرا لوله MOS جلوگیری کند. XRC شاخه‌ای است متشکل از یک خازن و یک مقاومت برای جلوگیری از عبور ولتاژ DC برای جلوگیری از همیشه روشن بودن ترانزیستور MOS، و در عین حال Rc یک مدار تقسیم ولتاژ را تشکیل می‌دهد تا بزرگی ولتاژ گیت ماسفت - تخلیه را تعیین کند. سیگنال مقاومت جریان بایاس خارجی 100-200 kSz است. سنسور اولتراسونیک دارای فاصله کاری 30 متر و فرکانس تشدید 30 کیلوهرتز است. مقدار پیک به پیک ولتاژ خروجی منبع قدرت محرک کمتر از 400 Vpp است. این موضوع مستلزم آن است که فاصله کاری سنسور اولتراسونیک بیشتر از 30 متر باشد و طراحی مدار بر اساس روش قیاس طراحی شده باشد.

 برای اینکه فاصله کاری سنسور اولتراسونیک بیشتر از 30 متر باشد، فرکانس تشدید باید کمتر از 30 کیلوهرتز باشد (تنظیم شده روی 24.5 کیلوهرتز)، در مبدل فشار کش لوله MOS، خواه لوله MOS باشد یا لوله MOS Q: رسانایی، مدل مدار منبع مشترک نشان می دهد که N نسبت ترانسفورماتور equivalent و R برابر است. از آنجایی که ترانسفورماتور نمی تواند سه شرط ترانسفورماتور ایده آل را برآورده کند، مطالعه مشکل انتقال انرژی مبدل فشار کش با مدل ترانسفورماتور تمام عیب واقعی تر است. هنگامی که ولتاژ ورودی ترانزیستور MOS Vcs = Vc - vs بیشتر از ولتاژ روشن شدن آن است و کانال ترانزیستور MOS قطع می شود، Vns بالا می رود، تخلیه ترانزیستور MOS v و جریان مدل ترانسفورماتور تمام کوپل تمایل به اشباع شدن دارد. با ورود به منطقه جریان ثابت، با تغییر vDS به سختی تغییر می کند و امپدانس خروجی آن مقدار زیادی است. بار خروجی مدار فقط با coL، NZ تعیین می شود. بنابراین، امپدانس بار R ترانزیستور MOS QI یا Q.

با فرض اینکه حداکثر ولتاژ منبع ترانزیستور MOS Vcs و حداکثر شناسه جریان عملیاتی ثابت است، با در نظر گرفتن توان خروجی مبدل و مصرف لوله،مدار سنسور فاصله مبدل نسبت ترانسفورماتور پالس مناسب N را انتخاب می کند، از ناحیه وریستور منحنی لوله MOS عبور می کند و در نقطه اتصال ناحیه جریان ثابت، منحنی بار بهینه AB را می توان به دست آورد، زیرا زمانی که تقاطع خط بار و منحنی ID-VD' در سمت راست نقطه مرزی بین منطقه مقاومت متغیر AC قرار دارد، مانند ناحیه مقاومت جریان متغیر D، ناحیه ثابت D و خط مقاومت جریان متغیر D. تخلیه و منبع ترانزیستور قدرت MOS (بسته به شیب OC خطی، kDSC و افت ولتاژ لوله افزایش می‌یابد، در نتیجه مصرف برق ترانزیستور MOS افزایش می‌یابد و توان خروجی مبدل کاهش می‌یابد؛ زمانی که خط بار زیر خط AB باشد، مانند خط AD، از آنجایی که نقطه جریان خروجی M در ناحیه خروجی جریان D نیست، از آنجایی که نقطه جریان خروجی r D نیست. ترانزیستور متغیر است و ترانزیستور MOS منبع جریان کنترل شده توسط Vcs را تشکیل نمی دهد.