Amplificatore ad alta tensione per il controllo di elementi piezoelettrici. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore

 Commenti sull'articolo

I convertitori piezoelettrici ceramici di un segnale elettrico in movimento meccanico vengono utilizzati nelle apparecchiature di misurazione e nei sistemi ottici. Questi convertitori devono essere alimentati da impulsi di tensione di ampiezza significativa (fino a 100 V). L'amplificatore descritto nell'articolo consente di risolvere questo problema.

La frequenza di risonanza naturale dei trasduttori piezoelettrici di spostamento del segnale utilizzati nei sistemi di strumenti per la riproduzione precisa del movimento varia da unità a decine di kilohertz e la loro capacità varia da decine di migliaia a centinaia di migliaia di picofarad. Queste caratteristiche di carico devono essere prese in considerazione durante la progettazione degli amplificatori per garantire la stabilità del sistema nel suo complesso. La teoria e la pratica della costruzione di sistemi basati su tali convertitori sono presentate in dettaglio in [1].

La larghezza di banda di frequenza dell'amplificatore nella regione lineare deve essere molte volte maggiore della frequenza di risonanza naturale del convertitore. In questo caso, se utilizzato in un amplificatore con retroazione di tensione, sopprimerà le oscillazioni risonanti del convertitore durante l'elaborazione del comando. Il segnale di ingresso viene alimentato all'ingresso di un amplificatore differenziale assemblato sull'amplificatore operazionale DA1 (vedi diagramma), che consente di ridurre le interferenze di modo comune. I resistori R1, R2 e R3, R4 devono essere accoppiati in base alla resistenza con una precisione non inferiore allo 0,1%.

(clicca per ingrandire)

Insieme al segnale amplificato, il segnale OS dal partitore resistivo R2R7, collegato in parallelo al carico BQ10, viene inviato all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale DA5 attraverso il resistore R1. Il valore nominale del segnale all'ingresso dell'amplificatore DA1 con i valori dei resistori R1-R7, R10 indicati nel diagramma è 5 V, la tensione di uscita al carico sarà 100 V.

La variazione del guadagno all'interno della banda passante non supera il +20%, il che è abbastanza accettabile per l'applicazione descritta dell'amplificatore. Il circuito di correzione OS R9C2 elimina l'autoeccitazione dell'amplificatore RF dovuta alla presenza della propria capacità dei transistor dello stadio di uscita. Il guadagno dell'amplificatore operazionale DA2 in questa regione di frequenza dipende dal rapporto R9/R6. Si consiglia di scegliere questo rapporto inferiore o uguale all'unità e la capacità del condensatore C2 dovrebbe essere minima, ma garantire l'assenza di autoeccitazione dell'amplificatore. L'influenza di questo circuito sulle basse frequenze è molto piccola.

La parte ad alta tensione del dispositivo è composta da un preamplificatore (VT1-VT3) e un amplificatore di potenza (VT4-VT7).

Il preamplificatore è assemblato utilizzando un circuito cascode utilizzando transistor di diverse strutture [2] - VT1, VT2. Ciò consente di ottenere la massima potenza dal preamplificatore e dall'intero amplificatore nel suo insieme. Il carico dello stadio preamplificatore è la sorgente di corrente sul transistor VT3.

In assenza di un segnale di ingresso, una corrente di circa 17 mA scorre attraverso i resistori R18, R1,2 e la caduta di tensione totale su questi resistori è di circa 1,5 V. Poiché questa tensione viene effettivamente applicata alla giunzione dell'emettitore dei transistor VT4 e VT5, sono aperti e attraversano la corrente di quiescenza nel circuito: VT4 (giunzione dell'emettitore), R22, R24, R25, R23, VT5 (giunzione dell'emettitore). Questa corrente di riposo è di 0,5 mA. Il suo valore è stato scelto, da un lato, per limitare la potenza dissipata dai transistor di uscita a un livello che consenta loro di funzionare senza dissipatori di calore e, dall'altro, per ridurre la distorsione transitoria senza restringere la larghezza di banda della frequenza.

L'uso di una sorgente di corrente come carico del collettore per il transistor VT2 è dovuto a una serie di ragioni. Il trasduttore piezoelettrico in modalità statica non consuma praticamente corrente (possiamo supporre che si tratti di un condensatore) e per mantenere un determinato valore di tensione ai suoi capi, uno stadio di amplificazione di potenza sui transistor complementari VT4, VT5 è abbastanza sufficiente. Quando viene ricevuto un impulso di comando (un'oscillazione da 0 a 5 V e ritorno a 0) all'ingresso dell'amplificatore, l'amplificatore di potenza deve caricare rapidamente la capacità di carico a 100 V e quindi scaricarla a zero. La velocità di variazione della tensione di uscita sarà direttamente proporzionale alla corrente attraverso il convertitore BQ1.

Durante la carica, la corrente scorre dal filo positivo dell'alimentatore, principalmente attraverso il transistor VT6, che insieme al transistor VT4 forma un transistor composito. Lo scarico è fornito dal secondo transistor composito VT5VT7. Quando viene elaborato un impulso di comando di polarità negativa, la ricarica avviene attraverso gli stessi transistor: VT5, VT7.

I diodi VD8-VD13 e i resistori R24, R25 formano un'unità per limitare il valore di corrente massimo all'uscita dell'amplificatore durante i processi transitori con un valore di circa 120 mA. Va notato che questa unità non protegge dai circuiti di carico di emergenza a lungo termine. Quando il carico è in cortocircuito, la potenza viene dissipata sui transistor di uscita - circa 15 W. I diodi VD14, VD15 proteggono i transistor di uscita dagli impulsi di tensione causati dall'effetto piezoelettrico diretto.

L'amplificatore utilizza resistori MLT; condensatori C1, C3, C5, C6 - K73-17 per tensione 160 V, C2, C4 - KM-6, C7 - mica; L'amplificatore operazionale KR544UD2A può essere sostituito con K140UD23A o K140UD23B e i transistor KT850B e KT851B possono essere sostituiti rispettivamente con 2T882A e 2T883A.

La configurazione dell'amplificatore dovrebbe iniziare caricandolo con un condensatore con una capacità pari alla capacità propria del piezoelemento, quindi verificare la stabilità del funzionamento quando caricato dal piezoelemento. Durante il test dell'amplificatore descritto, il carico era un elemento piezoelettrico tubolare con una capacità intrinseca di 0,01 μF realizzato in ceramica TsTS-19. La larghezza di banda di frequenza dell'amplificatore ad alta tensione nella regione lineare è di 60 kHz. La velocità di aumento della tensione di uscita quando la tensione di ingresso cambia gradualmente da zero a +5 V e scende a zero è 2 V/μs.

Letteratura

1. Nikolsky A. A. Azionamenti servoelettrici precisi a due canali con piezocompensatori. - M.: Energoatomizdat, 1988.
2. Horowitz P., Hill W. L'arte della progettazione di circuiti. T. 3. - M.: Mir, 1993.

Autore: A. Orlov, Noginsk, regione di Mosca

Vedi altri articoli sezione Progettista radioamatore.

Leggere e scrivere utile commenti su questo articolo.

<< Indietro

Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica:

Macchina per diradare i fiori nei giardini 02.05.2024

Nell'agricoltura moderna si sta sviluppando il progresso tecnologico volto ad aumentare l'efficienza dei processi di cura delle piante. Presentata in Italia l'innovativa macchina per il diradamento dei fiori Florix, progettata per ottimizzare la fase di raccolta. Questo attrezzo è dotato di bracci mobili, che permettono di adattarlo facilmente alle esigenze del giardino. L'operatore può regolare la velocità dei fili sottili controllandoli dalla cabina del trattore tramite joystick. Questo approccio aumenta significativamente l'efficienza del processo di diradamento dei fiori, offrendo la possibilità di adattamento individuale alle condizioni specifiche del giardino, nonché alla varietà e al tipo di frutto in esso coltivato. Dopo due anni di test della macchina Florix su diverse tipologie di frutta, i risultati sono stati molto incoraggianti. Agricoltori come Filiberto Montanari, che utilizza una macchina Florix da diversi anni, hanno riscontrato una significativa riduzione del tempo e della manodopera necessari per diluire i fiori. ... >>

Microscopio infrarosso avanzato 02.05.2024

I microscopi svolgono un ruolo importante nella ricerca scientifica, consentendo agli scienziati di approfondire strutture e processi invisibili all'occhio. Tuttavia, vari metodi di microscopia hanno i loro limiti e tra questi c'è la limitazione della risoluzione quando si utilizza la gamma degli infrarossi. Ma gli ultimi risultati dei ricercatori giapponesi dell'Università di Tokyo aprono nuove prospettive per lo studio del micromondo. Gli scienziati dell'Università di Tokyo hanno presentato un nuovo microscopio che rivoluzionerà le capacità della microscopia a infrarossi. Questo strumento avanzato consente di vedere le strutture interne dei batteri viventi con sorprendente chiarezza su scala nanometrica. In genere, i microscopi nel medio infrarosso sono limitati dalla bassa risoluzione, ma l’ultimo sviluppo dei ricercatori giapponesi supera queste limitazioni. Secondo gli scienziati, il microscopio sviluppato consente di creare immagini con una risoluzione fino a 120 nanometri, ovvero 30 volte superiore alla risoluzione dei microscopi tradizionali. ... >>

Trappola d'aria per insetti 01.05.2024

L’agricoltura è uno dei settori chiave dell’economia e il controllo dei parassiti è parte integrante di questo processo. Un team di scienziati dell’Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, ha trovato una soluzione innovativa a questo problema: una trappola per insetti alimentata dal vento. Questo dispositivo risolve le carenze dei metodi tradizionali di controllo dei parassiti fornendo dati sulla popolazione di insetti in tempo reale. La trappola è alimentata interamente dall'energia eolica, il che la rende una soluzione ecologica che non richiede energia. Il suo design unico consente il monitoraggio sia degli insetti dannosi che utili, fornendo una panoramica completa della popolazione in qualsiasi area agricola. “Valutando i parassiti target al momento giusto, possiamo adottare le misure necessarie per controllare sia i parassiti che le malattie”, afferma Kapil ... >>

Notizie casuali dall'Archivio Interazione di fotoni con coppie di atomi 25.08.2021 Gli scienziati della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL) hanno costretto per la prima volta i fotoni a interagire con coppie di atomi. Questa svolta è importante per il campo dell'elettrodinamica quantistica del risonatore (QED), un campo avanzato che è alla base delle tecnologie quantistiche. L'umanità si sta muovendo verso l'uso diffuso di tecnologie basate sulla fisica quantistica. Ma per raggiungere questo obiettivo, devi prima imparare a far interagire la luce con la materia o, per essere più precisi, i fotoni con gli atomi. In una certa misura, il campo avanzato dell'elettrodinamica quantistica del risonatore (QED) è responsabile di tali tecnologie. Ora è già utilizzato nelle reti quantistiche e nell'elaborazione delle informazioni quantistiche. Ma c'è ancora tanta strada da fare. Le attuali interazioni di luce e materia sono limitate ai singoli atomi, il che limita la capacità degli esseri umani di studiarli sotto forma di sistemi complessi coinvolti nelle tecnologie quantistiche. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un gas di Fermi (o gas ideale di Fermi-Dirac). Questo è un gas costituito da particelle che soddisfano la statistica di Fermi-Dirac, cioè hanno una piccola massa e un'alta concentrazione. Ad esempio, gli elettroni in un metallo. "In assenza di fotoni, il gas può essere ottenuto in uno stato in cui gli atomi interagiscono tra loro, formando coppie debolmente legate", spiega Jean-Philippe Brantou della Scuola di scienze di base dell'EPFL. "Quando la luce entra in un gas, alcuni di questi le coppie si trasformano in molecole legate chimicamente, essendo fotoni assorbiti". Il concetto chiave del nuovo effetto è che avviene "coerentemente". Ciò significa che un fotone viene assorbito per trasformare un paio di atomi in una molecola, quindi emesso indietro e così via più volte. Il sistema para-fotonico forma un nuovo tipo di stato particellare, chiamato coppia polaritone-polaritone. Ciò è stato reso possibile da un sistema in cui i fotoni sono intrappolati in un punto, dove devono interagire fortemente con gli atomi. I polaritoni a coppia ibrida acquisiscono alcune delle proprietà dei fotoni. Ciò significa che possono essere misurati con metodi ottici. Assumono anche alcune delle proprietà di un gas di Fermi. In futuro, la tecnologia tornerà utile nella chimica quantistica: gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta come determinate reazioni chimiche possono essere prodotte in modo coerente utilizzando singoli fotoni.

Altre notizie interessanti:

▪ Nuovo catalizzatore per la conversione di energia

▪ Display quantistico per dispositivi mobili

▪ Trasmissione su Internet di video digitali

▪ Armi climatiche contro le anomalie meteorologiche

▪ Modulo GNSS multisistema in miniatura Quectel L96-M33 con antenna patch

News feed di scienza e tecnologia, nuova elettronica

Materiali interessanti della Biblioteca Tecnica Libera:

▪ sezione del sito Unità Apparecchiature Radioamatoriali. Selezione dell'articolo

▪ articolo Caratteristiche della formazione di atteggiamenti verso situazioni estreme. Fondamenti di una vita sicura

▪ articolo Da dove viene il nome del calciatore Jan Vennegaard di Hesselink? Risposta dettagliata

▪ articolo Strophanthus ispido. Leggende, coltivazione, metodi di applicazione

▪ articolo Sensore capacitivo senza contatto con risonatore al quarzo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

▪ articolo Filtro passa banda. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Lascia il tuo commento su questo articolo:

Tutte le lingue di questa pagina

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

Homepage | Biblioteca | Articoli | Mappa del sito | Recensioni del sito

www.diagram.com.ua
2000-2024