Jump to content

    

Усилитель мощности с полосой 1МГц

Доброго дня.

 

Стоит задача сделать усилитель синусоидального сигнала с выходной мощностью до 40Вт и полосой до 1 МГц.

Выходное напряжение до 40В, входное 10мВ.

THD - пока 1%, но обсуждается...

Нагрузка - пьезоэлемент.

 

Может кто подскажет схемку, за которую можно зацепиться?

 

ПС. ИС APEX рассматриваются в последнюю очередь.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Может кто подскажет схемку, за которую можно зацепиться?

Гляньте книжку Хоровица и Хилла, там приводится схема в главе про MOSFET, раздел 3.14 (в моем издании) ...

Share this post


Link to post
Share on other sites
Стоит задача сделать усилитель синусоидального сигнала с выходной мощностью до 40Вт и полосой до 1 МГц.

Выходное напряжение до 40В, входное 10мВ.

THD - пока 1%, но обсуждается...

Нагрузка - пьезоэлемент.

А что, вся мощность 40W должна поглощаться пьезоэлементом? А плохо ему не станет?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Есть и такие пьезики для медицины и еще кое для кого. И это не самые большие мощности. Был заказ у нас на 200 Ватт, мало кто делает такое. Не просто построить такой усилок из-за особенностей характера нагрузки. Поскольку APEX в последнюю очередь, то хотят дешево, чего пока не встречал.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Есть и такие пьезики для медицины и еще кое для кого.

Ну, тогда, чтобы согласовать выход усилителя с нагрузкой по передаче мощности, нужно знать емкость пьезоэлемента и его активное сопротивление (в виде параллельной или последовательной RC-цепочки). И еще -нижний предел рабочей частоты устройства.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Сложность в том, что меняя мощность меняется по разному и комплексный характер нагрузки в очень широких пределах. А если излучатель в изменяющейся среде то при фикированной мощности, характер нагрузки меняется, иногда скачками. К тому же скорость нарастания оч важна. Нижний предел у нас был 10 Герц. Вот при этом всём попробуйте сохранить THD - 1%.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Сложность в том, что меняя мощность меняется по разному и комплексный характер нагрузки в очень широких пределах. А если излучатель в изменяющейся среде то при фикированной мощности, характер нагрузки меняется, иногда скачками. К тому же скорость нарастания оч важна. Нижний предел у нас был 10 Герц. Вот при этом всём попробуйте сохранить THD - 1%.

+1. Задачка та ещё. А у Вас получилось? Секретов не выпытываю, но в общих чертах: во что вылилось?

Share this post


Link to post
Share on other sites

К усилку + платка небольшая такая, с 4-я оч шустрых FPGA, окружение, + математика нехилая.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо всем неравнодушным.

Схему в книжке нашел, спасибо, попытаюсь смоделировать.

Нижняя граница диапазона - 100КГц.

Излучатель включил на генератор... В полосе ведет он себя как емкость. 2,5нф. резонансов не видно.

Исходя из емкости, мах выходное напряжение должно быть не меньше 240В как я понимаю....

Сначала зацепился за эту схемку:

http://www.analog.com/static/imported-file...917334AN211.pdf

но непонятно чем выходные транзисторы заменить...

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вначале смоделируй нагрузку твоего усилителя, она у тебя не простая - пьезоэлемент.

Для этого надо знать статическую емкость пьезоэлемента, его резонансные частоты, как механически нагружен и т.д.

После этого сможешь получишь требуемую АЧХ усилителя и начнешь подбирать подходящую схемотехнику.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вначале смоделируй нагрузку твоего усилителя, она у тебя не простая - пьезоэлемент.

Для этого надо знать статическую емкость пьезоэлемента, его резонансные частоты, как механически нагружен и т.д.

После этого сможешь получишь требуемую АЧХ усилителя и начнешь подбирать подходящую схемотехнику.

Еще надо знать активную составляющую сопротивления пьезоизлучателя, ведь это именно она должна потреблять мощность, отдаваемую усилителем. Исходя из емкости и активного сопротивления, можно прикинуть согласующую цепь, что-то типа П-образной LC (в простейшем случае просто последовательная индуктивность, которая компенсирует емкость нагрузки на какой-то частоте). Только эта цепь должна быть перестраиваемой в диапазоне частот. Управление в общем, что-то в виде измерителя разности фаз напряжения/тока нагрузки и "FPGA с нехилой математикой". Идеальное согласование излучателя соответствует синфазности напряжения (до согласующей цепи) и тока через него. Как ни странно, сам усилитель здесь далеко не самая сложная штука, по сравнению с согласующей частью. Транзисторы могут быть любые, обеспечивающие требуемую мощность в требуемой полосе частот. Задача во многом сходна с согласованием передатчика с электрически короткой вибраторной антенной в радиотехнике. Различие лишь в значении емкости нагрузки, которая у пьезоизлучателя на два порядка больше, чем у вибратора.

Если нет векторного анализатора цепей, методика измерения активного сопротивления излучателя проста: последовательно с ним включается индуктивность такого номинала, чтобы на частоте измерения, скажем 100kHz был последовательный резонанс (это где-то 1mH). Подавая сигнал от генератора на такой последовательный контур, надо измерить ток через него и вычислить сопротивление поделив напряжение генератора на ток через контур. Ток контура можно определить косвенно, включив последовательно с ним добавочное небольшое сопротивление (например 1ом) и измерив амплитуду напряжения на нем (например, осциллографом).

Edited by Proffessor

Share this post


Link to post
Share on other sites
Еще надо знать активную составляющую сопротивления пьезоизлучателя, ведь это именно она должна потреблять мощность, отдаваемую усилителем.

Это конечно нужно, но я не зря написал "как механически нагружен", часто это и есть основной поглотитель мощности, а у самого пьезоэлемента добротность может быть довольно высокой. Можно почитать например Г. Кайно "Акустические волны", там и модели есть.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Это конечно нужно, но я не зря написал "как механически нагружен", часто это и есть основной поглотитель мощности, а у самого пьезоэлемента добротность может быть довольно высокой. Можно почитать например Г. Кайно "Акустические волны", там и модели есть.

Механическая нагрузка однозначно предполагает наличие активной составляющей импеданса излучателя и для правильного расчета согласования эту активную часть надо знать. Ведь механические параметры в электрическую расчетную модель не вставишь. Даже если активная часть всего 1ом, при высокодобротных согласующих LC-элементах реально добиться КПД передачи мощности в нагрузку 50%, при этом правда вторая половина мощности будет рассеиваться в согласующей цепи в виде тепла. Если же вообще наплевать на согласование, а подключить излучатель к выходу обычного аудиоусилителя (а такие усилители с полосой 1MHz - не редкость) с выходным амплитудным напряжением 40V, как собирается сделать автор темы, КПД излучателя будет меньше 1%. Если его это устраивает, вопросов больше нет, только зачем было вести речь о мощности 40W.

Edited by Proffessor

Share this post


Link to post
Share on other sites

Поэтому и написал, вижу что автор пытается найти какую-нибудь схему, а потом попробовать притулить её к пьезоэлементу, так сказать метод "научного тыка". Может попадёт, а может быть и нет.

Вставить-то механическую нагрузку не проблема :) добавляй в контур резистор и всё, другой вопрос что она в дипазоне частот тоже будет комплексной.....

Edited by HardEgor

Share this post


Link to post
Share on other sites

Интересно, а какие проблемы делать механическую ОС?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this