ultraäänilähettimen piirisuunnittelu

Ultraääniantureiden osalta ultraäänilähetys- ja vastaanottopiirit ovat laitteita sähköenergian ja akustisen energian muuntamiseen. Yleensä ultraäänianturilla on alhainen sähkömekaaninen energiatehokkuus, mikä vaikuttaa vakavasti ultraäänianturin työskentelyetäisyyteen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi ei riitä, että harkitaan vain anturin mekaanisen rakenteen ja akustisten ominaisuuksien parantamista. On myös tarpeen optimoida muuntimen lähetys- ja vastaanottopiirien suunnittelu ultraäänigeneraattorin ja ultraäänivastaanottimen tehokkaan lähetystehon parantamiseksi. Signaali-kohinasuhde. Ultraäänilähetyspiirin rakenne koostuu ultraäänilähetyspiiristä ja ultraäänianturi . Ultraäänilähetyspiirit (kutsutaan myös käyttövirtalähteiksi) voidaan luokitella kahteen tyyppiin: värähtelyvahvistustyyppiin ja invertterityyppiin niiden toimintaperiaatteiden mukaan. Ultraäänimuuntimissa, joissa on keski- ja pieni teho ja matala taajuus, käytetään yleensä värähtelevä-vahvistettua käyttövirtalähdettä ja sen viritysoskillaattoria säätämään anturin toimintataajuutta laajalla taajuusalueella. Taajuusmuuttajan virtalähteen eri osat on kuvattu alla.

Push-pull-muuntimen toimintaperiaate on, että suuri määrä Ultraäänietäisyysmittausantureita käytetään virtalähteen ohjaamiseen, ja tehonvahvistusaste koostuu MOS-putken push-pull-muuntimesta. Push-pull-muunnin käyttää pääteasteena pulssimuuntajaa, jossa on keskitappi, joka lisää käyttöpiirin lähtöjännitteen amplitudia ja lisää siten anturin lähetystehoa. Piirin ominaisuus on, että kun virityssignaalia ei ole (vilkkusignaali on matalalla tasolla), kahden MOS-tehoputken lepovirta on nolla; kun on signaaliherätystä, kaksi MOS-putkea toimivat vuorotellen ja lähtöpuoliaaltosignaalit yhdistetään. Muodosta täydellinen aaltomuoto. Piirissä integroitu siru on kaksikanavainen TTL/MOS-liitäntäpiiri (kaksois-NAND-portti) tason siirtoa varten MOS-transistorin nieluvirran ohjaamiseksi; R:ultraääni-ilmannopeusanturi on virtaa rajoittava vastus, joka rajoittaa putken MOS-maksimivirtaa, jotta vältetään MOS-putken liiallinen ohimenevä virtapiikki; XRC on haara, joka koostuu kondensaattorista ja vastuksesta, joka estää tasajännitteen läpikulun estääkseen MOS-transistorin pysymisen jatkuvasti päällä, ja samalla Rc muodostaa jännitteenjakopiirin, joka määrittää MOSFET-portin tyhjennysjännitteen Vcs suuruuden ja toimintajakso on MOS-putken neliöaaltolähtösignaalin kerroin Dmax. Ulkoinen esijännitevastus on 100-200 kSz. Ultraäänianturin toimintaetäisyys on 30 m ja resonanssitaajuus 30 kHz. Käyttövoimalähteen lähtöjännitteen huipusta huippuun -arvo on alle 400 Vpp. Tämä aihe edellyttää, että ultraäänianturin työskentelyetäisyys on yli 30m ja piirisuunnittelu on suunniteltu analogiamenetelmän mukaan.

 Jotta ultraäänianturin toimintaetäisyys olisi yli 30 m, resonanssitaajuuden tulee olla alle 30 kHz (asetettu 24,5 kHz:ksi). MOS-putken push-pull-muuntimessa, olipa kyseessä MOS-putki tai MOS-putki Q: johtavuus, yhteinen lähdepiirimalli osoittaa, että N on muuntajan suhde ja R on muuntajan vastaava kuorma. Koska muuntaja ei voi täyttää ihanteellisen muuntajan kolmea ehtoa, on realistisempaa tutkia push-pull-muuntimen energiansiirtoongelmaa täysvikamuuntajan mallilla. Kun MOS-transistorin tulojännite Vcs = Vc - vs on suurempi kuin sen käynnistysjännite ja MOS-transistorin kanava puristuu, Vns nousee, MOS-transistorin v nielu ja täyskytketyn muuntajan mallivirta yleensä kyllästyy. Vakiovirta-alueelle tullessa se ei juuri muutu vDS:n muutoksessa ja sen lähtöimpedanssi on suuri arvo. Piirin lähtökuormituksen määrää vain coL, NZ . Siksi MOS-transistorin QI tai Q kuormitusimpedanssi R.

Olettaen, että MOS-transistorin suurin lähdejännite on Vcs ja suurin käyttövirran ID on vakio, otetaan huomioon muuntimen lähtöteho ja putken kulutus,anturin etäisyysanturipiiri valitsee sopivaa pulssimuuntajasuhdetta N, kulkee MOS-putken käyrän varistorialueen läpi ja Vakiovirta-alueen risteyksessä voidaan saada optimaalinen kuormituskäyrä AB, koska kun kuormitusviivan ja ID-VD-käyrän leikkauspiste sijaitsee rajapisteen B oikealla puolella muuttuvan resistanssialueen ja vakiovirtalähteen linjan rD välillä, esim. MOS-tehotransistori (riippuen lineaarisen OC:n jyrkkyydestä, kDSC ja putken jännitehäviö kasvaa, mikä lisää MOS-transistorin virrankulutusta ja pienentää muuntimen lähtötehoa; Kun kuormitusviiva on AB-linjan alapuolella, kuten AD-linja, koska toimintapiste D ei ole vakiovirta-alueella, lähtöimpedanssi ei ole MOS-virtalähdettä ohjattava, eikä MOS-virtalähde ole transistori. kirjoittanut Vcs.