circuitontwerp van ultrasone zendtransducer

Met betrekking tot ultrasone transducers zijn ultrasone zend- en ontvangstcircuits apparaten voor het omzetten van elektrische energie en akoestische energie. Over het algemeen heeft de ultrasone transducer een lage elektromechanische energie-efficiëntie, wat de werkafstand van de ultrasone transducer ernstig beïnvloedt. Om dit probleem op te lossen is het niet voldoende om alleen de mechanische structuur en akoestische eigenschappen van de transducer te verbeteren. Het is ook noodzakelijk om het ontwerp van de zend- en ontvangstcircuits van de transducer te optimaliseren om het effectieve zendvermogen van de ultrasone generator en de ultrasone ontvanger te verbeteren. Signaal-ruisverhouding. Het ontwerp van het ultrasone zendcircuit bestaat uit een ultrasoon zendcircuit en een ultrasone transducer . Ultrasone zendcircuits (ook wel aandrijfkrachtbronnen genoemd) kunnen worden ingedeeld in twee typen: het oscillatie-versterkingstype en het invertertype, afhankelijk van hun werkingsprincipes. Voor ultrasone transducers met een gemiddeld en klein vermogen en een lage frequentie wordt doorgaans een oscillerend versterkte aandrijfvoeding gebruikt, en wordt de excitatie-oscillator gebruikt om de werkfrequentie van de transducer over een breed frequentiebereik aan te passen. De verschillende componenten van de voeding van de aandrijving worden hieronder beschreven.

Het werkingsprincipe van de push-pull-omzetter is dat een groot aantal ultrasone afstandsmetingssensoren worden gebruikt om de voeding aan te drijven, en de vermogensversterkingstrap bestaat uit een MOS-buis-push-pull-omzetter. De push-pull-omzetter gebruikt een pulstransformator met een middenaftakking als uitgangstrap om de uitgangsspanningsamplitude van het aandrijfcircuit te vergroten, waardoor het zendvermogen van de transducer wordt vergroot. Het kenmerk van de schakeling is dat wanneer er geen excitatiesignaal is (het stroboscoopsignaal is van laag niveau), de ruststroom van de twee MOS-eindbuizen nul is; wanneer er signaalexcitatie is, werken de twee MOS-buizen afwisselend en worden de uitgangssignalen met halve golf gecombineerd. Vorm een ​​volledige golfvorm. In het circuit is de geïntegreerde chip een tweekanaals TTL/MOS-interfacecircuit (dubbele NAND-poort) voor niveauverschuiving om de afvoerstroom van de MOS-transistor te regelen; R:ultrasone luchtsnelheidssensor is een stroombegrenzende weerstand voor het beperken van de maximale MOS-afvoerstroom van de buis om overmatige tijdelijke stroomstoten van de MOS-buis te voorkomen; XRC is een tak die bestaat uit een condensator en een weerstand die de doorgang van een gelijkspanning verbiedt om te voorkomen dat de MOS-transistor altijd aan staat, en tegelijkertijd vormt Rc een spanningsdeelcircuit om de grootte van de MOSFET-gate-drain-spanning Vcs te bepalen en de werkcyclus is de coëfficiënt Dmax van het blokgolfuitgangssignaal van de MOS-buis. De externe voorstroomweerstand bedraagt ​​100-200 kSz. De ultrasone sensor heeft een werkafstand van 30 m en een resonantiefrequentie van 30 kHz. De piek-tot-piekwaarde van de uitgangsspanning van de aandrijfkrachtbron bedraagt ​​minder dan 400 Vtt. Dit onderwerp vereist dat de werkafstand van de ultrasone sensor groter is dan 30 meter, en dat het circuitontwerp is ontworpen volgens de analogiemethode.

 Om de werkafstand van de ultrasone sensor groter te maken dan 30 m, moet de resonantiefrequentie lager zijn dan 30 kHz (ingesteld op 24,5 kHz). In de MOS-buis balansomzetter, of het nu een MOS-buis of een MOS-buis Q: geleiding is, geeft het gemeenschappelijke broncircuitmodel aan dat N de transformatorverhouding is en R de equivalente belasting van de transformator. Omdat de transformator niet aan de drie voorwaarden van de ideale transformator kan voldoen, is het realistischer om het energieoverdrachtsprobleem van de push-pull-omzetter te bestuderen met het full-fault-transformatormodel. Wanneer de ingangsspanning van de MOS-transistor Vcs = Vc - vs groter is dan de inschakelspanning, en het kanaal van de MOS-transistor wordt afgeknepen, stijgt Vns, de afvoer van de MOS-transistor v en de volledig gekoppelde transformatormodelstroom heeft de neiging verzadigd te zijn. Als het constante stroomgebied binnengaat, verandert het nauwelijks met de verandering van vDS, en de uitgangsimpedantie is een grote waarde. De uitgangsbelasting van de schakeling wordt alleen bepaald door coL, NZ. Daarom is de belastingsimpedantie R van de MOS-transistor QI of Q.

Ervan uitgaande dat de maximale bronspanning van de MOS-transistor Vcs is en de maximale bedrijfsstroom ID constant is, dan rekening houdend met het uitgangsvermogen van de converter en het buisverbruik,transducerafstandssensorcircuit selecteert de juiste pulstransformatorverhouding N, gaat door het MOS-buiscurve-varistorgebied en op het kruispunt van het constante stroomgebied kan de optimale belastingscurve AB worden verkregen, omdat wanneer de kruising van de belastingslijn en de ID-VD'-curve zich rechts van het grenspunt B bevindt tussen het variabele weerstandsgebied en het constante stroomgebied, zoals de AC-lijn, de impedantie rDs tussen de drain en de source van de MOS-vermogenstransistor (afhankelijk van de helling van de lineaire OC, kDSC en de buisspanningsval zullen toenemen, waardoor het energieverbruik van de MOS-transistor toeneemt en het uitgangsvermogen van de omzetter wordt verminderd; wanneer de belastingslijn zich onder de AB-lijn bevindt, zoals de AD-lijn, aangezien het werkpunt D zich niet in het constante stroomgebied bevindt, is de uitgangsimpedantie rn van de MOS-transistor variabel en vormt de MOS-transistor geen stroombron die wordt bestuurd door Vcs.