Високовольтний підсилювач для керування п'єзоелементами. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор

 Коментарі до статті

Керамічні п'єзоелектричні перетворювачі електричного сигналу в механічне переміщення застосовують у вимірювальній апаратурі та оптичних системах. Ці перетворювачі необхідно живити імпульсами напруги значної амплітуди (до 100 В). Описаний у статті підсилювач дозволяє вирішити це завдання.

Власна резонансна частота п'єзоелектричних перетворювачів сигнал-переміщення, що використовуються в приладових системах точного відтворення руху, знаходиться в межах від одиниць до десятків кілогерців, а власна ємність - від десятків тисяч до сотень тисяч пікофарад. Ці особливості навантаження необхідно враховувати під час проектування підсилювачів задля забезпечення стійкості системи загалом. Детально питання теорії та практики побудови систем на основі таких перетворювачів викладені у [1].

Частотна смуга пропускання підсилювача в лінійній ділянці повинна у кілька разів перевищувати власну резонансну частоту перетворювача. У цьому випадку при використанні в підсилювачі ОС по напрузі він пригнічуватиме резонансні коливання перетворювача при відпрацюванні команди. Вхідний сигнал надходить на вхід диференціального підсилювача, зібраного на ОП DA1 (див. схему), що дозволяє послабити синфазні перешкоди. Резистори R1, R2 і R3, R4 необхідно підібрати в пари по опору з точністю не гірше 0,1%.

(Натисніть для збільшення)

Разом з посиленим сигналом на вхід, що інвертує, ОУ DA2 через резистор R7 надходить сигнал ОС з резистивного дільника R10R5, підключеного паралельно навантаженню BQ1. Номінальне значення сигналу на вході підсилювача DA1 при зазначених на схемі номіналах резисторів R1-R7, R10 дорівнює 5, вихідна напруга на навантаженні при цьому буде дорівнює 100 В.

Зміна коефіцієнта посилення не більше смуги пропускання вбирається у +20 %, що цілком припустимо для описуваного застосування підсилювача. Коригуючий ланцюг ОС R9C2 усуває самозбудження підсилювача на ВЧ через наявність власної ємності транзисторів вихідних щаблів. Коефіцієнт посилення ОУ DA2 у цій частотній області залежить від відношення R9/R6. Рекомендується вибирати це відношення меншим або рівним одиниці, а ємність конденсатора С2 повинна бути мінімальною, але забезпечує самозбудження підсилювача. На НЧ вплив цього ланцюга обмаль.

Високовольтна частина пристрою складається з попереднього підсилювача (VT1-VT3) та підсилювача потужності (VT4-VT7).

Попередній підсилювач зібраний за каскодною схемою на транзисторах різної структури [2] – VT1, VT2. Це дозволяє отримати наипускання передпідсилювача і всього підсилювача в цілому. Навантаженням ступеня попереднього посилення є джерело струму на транзисторі VT3.

У відсутність вхідного сигналу через резистори R17, R18 протікає струм приблизно 1,2 мА, а сумарне падіння напруги на цих резисторах - близько 1,5 В. Оскільки ця напруга фактично прикладена до емітерного переходу транзисторів VT4 і VT5, вони відкриті і через них протікає Струм спокою по ланцюгу: VT4 (емітерний перехід), R22, R24, R25, R23, VT5 (емітерний перехід). Цей струм спокою дорівнює 0,5 мА. Його значення вибрано, з одного боку, так, щоб обмежити потужність, що розсіюється вихідними транзисторами, до рівня, що дозволяє їм працювати без тепловідводів, а з іншого - щоб зменшити перехідні спотворення, не звужуючи частотної смуги пропускання.

Застосування джерела струму як колекторне навантаження транзистора VT2 обумовлено низкою причин. П'єзоелектричний перетворювач у статичному режимі струму практично не споживає (можна вважати, що це конденсатор), і для підтримки заданого значення напруги на ньому цілком достатньо одного ступеня посилення потужності на комплементарних транзисторах VT4, VT5. Коли на вхід підсилювача надходить командний імпульс (перепад від 0 до 5 і назад до 0), підсилювач потужності повинен швидко зарядити ємність навантаження до 100 В, а потім розрядити до нульового значення. Швидкість зміни вихідної напруги буде прямо пропорційна струму через перетворювач BQ1.

При зарядці струм протікає від плюсового дроту джерела живлення, переважно через транзистор VT6, який разом з транзистором VT4 утворює складовий транзистор. Розрядку забезпечує другий складовий транзистор VT5VT7. При відпрацюванні командного імпульсу негативної полярності зарядка відбувається через самі транзистори - VT5, VT7.

Діоди VD8-VD13 та резистори R24, R25 утворюють вузол обмеження максимального значення струму на виході підсилювача в перехідних процесах значенням приблизно 120 мА. Слід зазначити, що з тривалого аварійного замикання навантаження цей вузол не захищає. При замиканні навантаження на вихідних транзисторах розсіюється потужність близько 15 Вт. Діоди VD14, VD15 захищають вихідні транзистори від імпульсів напруги, спричинених прямим п'єзоефектом.

В підсилювачі використані резистори МЛТ; конденсатори С1, C3, С5, С6 - К73-17 на напругу 160, С2, С4 - КМ-6, С7 - слюдяний; ОУ КР544УД2А можна замінити на К140УД23А або К140УД23Б, а транзистори КТ850Б та КТ851Б - на 2Т882А та 2Т883А відповідно.

Налагодження підсилювача слід починати при навантаженні його конденсатором ємністю, що дорівнює власної ємності п'єзоелемента, а потім перевірити стійкість роботи при навантаженні п'єзоелементом. При випробуваннях підсилювача, що описується, навантаженням служив трубчастий п'єзоелемент з власною ємністю 0,01 мкФ з кераміки ЦТС-19. Частотна смуга пропускання високовольтного підсилювача в лінійній ділянці при цьому дорівнює 60 кГц. Швидкість наростання вихідної напруги при ступінчастій зміні вхідної напруги від нуля до +5 і спаду до нуля дорівнює 2 В/мкс.

література

1. Нікольський А. А. Точні двоканальні електроприводи з п'єзокомпенсаторами. - М: Енергоатоміздат, 1988.
2. Хоровіц П., Хілл У. Мистецтво схемотехніки. Т. 3. - М: Світ, 1993.

Автор: А.Орлов, м.Ногінськ Московської області

Дивіться інші статті розділу Радіоаматор-конструктор.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Взаємодія фотонів із парами атомів 25.08.2021 Вчені з Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) уперше змусили фотони взаємодіяти з парами атомів. Цей прорив є важливим для області квантової електродинаміки резонаторів (КЕД), передової області, яка лежить в основі квантових технологій. Людство рухається на шляху до використання технологій заснованих на квантовій фізиці. Але, щоб цього досягти, спочатку необхідно опанувати змусити світло взаємодіяти з матерією - або, точніше кажучи, фотони з атомами. Певною мірою такі технології відповідає передова область квантової електродинаміки резонатора (КЭД). Зараз вона вже використовується у квантових мережах та квантовій обробці інформації. Але чекає ще довгий шлях. Сучасні взаємодії світла та речовини обмежуються окремими атомами, що обмежує здатність людини вивчати їх у вигляді складних систем, задіяних у квантових технологіях. У новій роботі дослідники використовували Фермі-газ (або ідеальний газ Фермі – Дірака). Це газ, що складається з частинок, що задовольняють статистиці Фермі – Дірака, тобто мають малу масу та високу концентрацію. Наприклад, електрони у металі. "У відсутність фотонів газ можна отримати в стані, коли атоми взаємодіють один з одним, утворюючи слабко пов'язані пари - пояснює Жан-Філіп Бранту зі Школи фундаментальних наук EPFL. - Коли світло потрапляє в газ, деякі з цих пар перетворюються на хімічно зв'язані молекули, поглинаючись фотонами". Ключовою концепцією нового ефекту і те, що він відбувається " когерентно " . Це означає, що фотон поглинається, щоб перетворити пару атомів на молекулу, потім випускається назад і так кілька разів. Система пара-фотон утворює новий тип стану частинки, які називають парними поляритон-поляритонними. Це стало можливим у системі, де фотони укладені в одному місці, де їм доводиться сильно взаємодіяти з атомами. Гібридні парні поляритони набувають деяких властивостей фотонів. Це означає, що можна виміряти оптичними методами. Вони також набувають деяких властивостей Фермі-газу. У майбутньому технологія стане в нагоді в квантовій хімії: вчені вперше продемонстрували, як деякі хімічні реакції можна когерентно зробити з використанням одиночних фотонів.

Інші цікаві новини:

▪ Новий каталізатор для енергетичної конверсії

▪ Квантовий дисплей для мобільних пристроїв

▪ Інтернет-трансляція цифрового відео

▪ Кліматична зброя проти аномалій погоди

▪ Мініатюрний мультисистемний GNSS-модуль Quectel L96-M33 з patch-антеною

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Вузли радіоаматорської техніки. Добірка статей

▪ стаття Особливості формування ставлення до екстремальних ситуацій. Основи безпечної життєдіяльності

▪ стаття Звідки виникло прізвище футболіста Яна Веннегора оф Хесселінка? Детальна відповідь

▪ стаття Строфант щетинистий. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Безконтактний ємнісний датчик із кварцовим резонатором. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Діапазонний смуговий фільтр. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024