PL101368B1 - Generator ultradzwiekowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest generator ultradzwiekowy znajdujacy zastosowanie w szczególnosci do zasi¬ lania przetworników ultradzwiekowych w procesach technologicznych takich jak mycie, zgrzewanie, lutowanie, zageszczanie proszków z uzyciem ultradzwieków.

Znany jest generator ultradzwiekowy samowzbudny, który posiada dwa tranzystory polaczone w ukla¬ dzie multiwibratora astabilnego o sprzezeniu transformatorowym, w którym kolektory tranzystorów sa pola¬ czone z uzwojeniem pierwotnym transformatora symetrycznego. Emitery tych tranzystorów sa polaczone poprzez rezystory z biegunem ujemnym zródla zasilajacego, natomiast wspólny koniec uzwojenia pierwotnego jest polaczony z biegunem dodatnim zródla zasilajacego. Bazy tych tranzystorów sa wstepnie spolaryzowane poprzez dolaczenie do oporowego dzielnika napiecia, którego wspólny zacisk rezystorów jest polaczony ze srodkowym wyjsciem uzwojenia wtórnego transformatora róznicowego, zas wyjscie oporowego dzielnika na¬ piecia jest polaczone ze zródlem zasilajacym, natomiast dwapozpstale konce tego transformatora sa polaczone z bazami tych transformatorów. Ponadto jeden koniec wtórnego uzwojenia transformatora jest polaczony z przetwornikiem ultradzwiekowym i pojemnoscia kompensujaca pojemnosc statyczna przetwornika, natomiast drugi koniec uzwojenia wtórnego transformatora jest polaczony z odczepem srodkowym uzwojenia transforma¬ tora róznicowego, zas wyprowadzenia uzwojenia pierwotnego transformatora róznicowego sa polaczone z prze¬ twornikiem ultradzwiekowym i z pojemnoscia kompensujaca.

Znany przedwzmacniacz mocy, zawiera tranzystor, którego emiter jest polaczony z masa ukladu, zas kolektor z uzwojeniem pierwotnym transformatora sterujacego.

Znany wzmacniacz mocy, posiada dwa tranzystory, których bazy sa polaczone z wtórnym uzwojeniem symetrycznym transformatora sterujacego wzmacniacza, zas kolektory polaczone z pierwotnym uzwojeniem symetrycznym transformatora wyjsciowego wzmacniacza. Emitery tych tranzystorów sa polaczone z ujemnym biegunem zródla zasilajacego, natomiast srodkowy odczep pierwotnego uzwojenia symetrycznego transformatora , jest polaczony z dodatnim biegunem zródla zasilajacego.2 101 368 Ponadto znany jest uklad wydzielania skladowej dynamicznej zbudowany w ukladzie czteroramiennego mostka, który w jednej galezi zawiera przetwornik ultradzwiekowy, w drugiej galezi kondensator o pojemnosci kompensujacej pojemnosc statyczna przetwornika ultradzwiekowego, zas w trzeciej i czwartej galezi rezystory.

Jedna przekatna mostka, która stanowia polaczone zaciski przetwornika ultradzwiekowego i kondensatora oraz wspólny zacisk laczacy rezystory, jest polaczone ze zródlem zasilania ukladu. Druga przekatna mostka, która stanowia polaczone zaciski przetwornika ultradzwiekowego i rezystora oraz wspólny zacisk laczacy kondensator z rezystorem, stanowi wyjscie ukladu wydzielania skladowej dynamicznej.

Wada generatora ultradzwiekowego jest male wykorzystanie elementu mocy stopnia wyjsciowego genera¬ tora, oraz niedostateczny zakres dostrojenia tego generatora do zmian czestotliwosci rezonansu mechanicznego przetwornika ultradzwiekowego. Ponadto generator ten jest generatorem samowzbudnym, który wzbudzany jest na rezonansach niepozadanych przetwornika ultradzwiekowego. Inna niedogodnoscia generatora ultradzwieko¬ wego jest wystepowanie zjawiska przeskoku czestotliwosci drgan, spowodowane nieliniowoscia, przy zasilaniu przetwornika zwiekszona moca. Natomiast wada przedwzmacniacza mocy jest wprowadzanie znieksztalcen, spowodowane zjawiskiem przeciagania tranzystora oraz skladowa stala pradu plynacego przez uzwojenie pier¬ wotne transformatora. Wada wzmacniacza mocy jest male wykorzystanie elementu mocy wzmacniacza oraz duze straty mocy wystepujace przy podwyzszonej czestotliwosci pracy wzmacniacza i obciazenie impedancja tego wzmacniacza. Niedogodnoscia ukladu wydzielania skladowej dynamicznej jest to, ze wraz ze wzrostem mocy wydzielanej w przetworniku ultradzwiekowym, rosna znieksztalcenia sygnalu skladowej dynamicznej, co powo¬ duje niemozliwosc dostrojenia generatora sterujacego do czestotliwosci rezonansu mechanicznego przetwornika ultradzwiekowego.

Celem wynalazku jest obcowzbudny generator ultradzwiekowy, który cechuje sie dobrym wykorzystaniem elementu mocy stopnia wyjsciowego generatora oraz szerokim zakresem dostrajania tego generatora do rezonansu mechanicznego przetwornika ultradzwiekowego, co umozliwia wspólprace generatora z przetwornikami ultra¬ dzwiekowymi, wykazujacymi znaczny rozrzut parametrów elektrycznych.

Cel ten zostal osiagniety w generatorze ultradzwiekowym wyposazonym w przetwornik ultradzwiekowy, uklad formowania fali kwadratowej oraz przesuwnik fazy, który charakteryzuje sie tym, ze zawiera generator sterujacy, wyjscie którego jest polaczone z przedwzmacniaczem mocy. Wyjscie przedwzmacniacza mocy jest polaczone z wejsciem rezonansowego wzmacniacza mocy klasy D o przelaczaniu napieciowym, który jest po¬ laczony poprzez uklad wydzielania skladowej dynamicznej z przesuwnikiem fazy. Wyjscie przesuwnika fazyjest polaczone z ukladem formowania fali kwadratowej, zas wyjscie tego ukladu jest polaczone z wejsciem detektora fazoczulego, którego drugie wejscie jest polaczone z drugim wyjsciem generatora sterujacego. Wyjscie detektora fazoczulego jest polaczone poprzez filtr dolnoprzepustowy z wejsciem generatora sterujacego. Falaprostokatna wytwarzana przezvgenerator sterujacy posiada wspólczynnik K = 1/2 oraz srednia wartosc napiecia wyjsciowego Usr = 0 i czestotliwosc repetycji dostrajana automatycznie do rezonansu mechanicznego przetwornika ultra¬ dzwiekowego. Przedwzmacniacz mocy stanowi uklad dwóch komplementarnych wtórników emiterowych, których emitery sa polaczone z jednym zaciskiem uzwojenia pierwotnego transformatora, zas drugi zacisk tego transformatora jest polaczony poprzez pierwszy kondensator z masa ukladu, a bazy tych tranzystorów sa pola¬ czone ze zródlem sterujacym, zas kolektor pierwszego tranzystora jest polaczony przez pierwszy rezystor z do¬ datnim biegunem zródla zasilania a kolektor drugiego tranzystorajest polaczony przez drugi rezystor z ujemnym zródlem zasilania. Natomiast rezonansowy wzmacniacz mocy klasy D, o przelaczaniu napieciowym, posiada trzeci'tranzystor, którego emiter jest polaczony z kolektorem czwartego tranzystora oraz szeregowym obwodem rezonansowym, sklada acym sie z szeregowo polaczonej pierwszej cewki i drugiego kondensatora, którego drugi zacisk jest polaczony z emiterem czwartego tranzystora i ujemnym biegunem zródla zasilania, zas kolektor trze¬ ciego tranzystora jest polaczony z biegunem dodatnim zródla zasilania. Ponadto uklad wydzielania skladowej dynamicznej zawiera galaz rezonansowa skladajaca sie z szeregowo polaczonych drugiej cewki z trzecim konden¬ satorem i trzecim rezystorem, polaczona równolegle z piatym rezystorem, stanowiacym galaz mostka, a wyjscie ukladu stanowia zaciski laczace trzeci kondensator z trzecim rezystorem oraz czwarty kondensator z czwartym rezystorem.

Generator ultradzwiekowy wedlug wynalazku, zapewnia wspólprace z przetwornikami ultradzwiekowymi wykazujacymi znaczny rozrzut parametrów elektrycznych oraz uzyskanie duzej mocy wyjsciowej. Ponadto gene¬ rator umozliwia prace przetwornika przy czestotliwosciach rezonansu mechanicznego oraz regulacje mocy wyj¬ sciowej generatora. Generator cechuje sie równiez wysokim wykorzystaniem elementu mocy wzmacniacza mocy, wysoka sprawnoscia energetyczna oraz szerokim zakresem trzymania synchronizacji i mala wrazliwoscia na wy¬ stepujace niepozadane rezonanse ¦ w przetworniku ultradzwiekowym.

Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia schemat blokowy generatora ultradzwiekowego, fig. 2 - uklad przedwzmacniacza mocy, fig. 3 - rezonan-101 368 3 sowy wzmacniacz mocy klasy D o przelaczeniu napieciowym, zas fig. 4 przedstawia uklad wydzielania sklado¬ wej dynamicznej przetwornika ultradzwiekowego.

Jak uwidoczniono na fig. 1 rysunku, generator 1 sterujacy wytwarza fale kwadratowa o wartosci sredniej napiecia wyjsciowego Usr = 0 i czestotliwosci repetycji bliskiej czestotliwosci rezonansu mechanicznego prze¬ twornika PU ultradzwiekowego oraz wspólczynniku wypelnienia K = 1/2. Wyjscie generatora 1 sterujacego jest polaczone z wejsciem We2 przedstawionego na fig. 2 rysunku przedwzmacniacza 2 mocy, który zapewnia odpo¬ wiednio duze wzmocnienie mocy bez znieksztalcen, zachowujac nie zmieniona wartosc wspólczynnika wypel¬ nienia K = 1/2 i zerowa wartosc srednia napiecia wyjsciowego z generatora 1 sterujacego. Przedwzmacniacz 2 mocy zawiera tranzystory Tl i T2, które stanowia uklad dwóch komplementarnych wtórników emiterowych po¬ laczonych kaskadowo. Emitery tranzystorów Tl i T2 sa polaczone z jednym koncem uzwojenia pierwotnego transformatora Tr, którego drugi koniec jest polaczony poprzez kondensator Cl eliminujacy skladowa stala z masa ukladu. Kolektor tranzystora Tl jest polaczony poprzez rezystor Rl z dodatnim biegunem zródla za¬ silania +Ec, natomiast kolektor tranzystora T2 jest polaczony przez rezystor R2 z ujemnym biegunem zródla zasilania -Ec, zas bazy tranzystorów Tl i T2 sa polaczone z wyjsciem generatora 1 sterujacego. Napiecie wyjscio¬ we z generatora 1 sterujacego powoduje na przemian przewodzenie tranzystora Tl i zatkanie tranzystora T2 oraz przewodzenie tranzystora T2 i zatkanie tranzystora Tl, przy czym na wyjsciu przedwzmacniacza 2 mocy jest otrzymywane wzmocnione napiecie o takim samym ksztalcie jak napiecie wejsciowe. Na uzwojeniach wtór¬ nych transformatora Tr jest otrzymywane napiecie przesuniete w fazie o kat 180° wzgledem siebie, przy czym wyjscie Wy2 z jednego uzwojenia wtórnego jest polaczone z wejsciem We3 sterujacym, zas wyjscie Wy2' z dru¬ giego uzwojenia wtórnego jest polaczone z wejsciem We3 sterujacym rezonansowego wzmacniacza 3 mocy kla¬ sy D o przelaczeniu napieciowym uwidocznionym na fig. 3 rysunku. Rezonansowy wzmacniacz 3 mocy posiada tranzystory T3 i T4 polaczone szeregowo, przy czym emiter tranzystora T3 jest polaczony z kolektorem tran¬ zystora T4 oraz galezia rezonansowa skladajaca sie z szeregowo polaczonych cewki LI, której drugi zacisk stanowi wyjscie Wy3 wzmacniacza, z którym jest polaczony kondensator C2, zas drugi zacisk kondensatora C2 jest polaczony z ujemnym biegunem zródla —Eb zasilania wzmacniacza. Kolektor tranzystora T3 jest polaczony z dodatnim biegunem zródla +Eb zasilania. Natomiast emiter tranzystora T4 jest polaczony z ujemnym biegu¬ nem zródla -Eb zasilania. Baza tranzystora T3 oraz emiter tego tranzystora stanowia wejscie We3, zas baza tranzystora T4 i emiter tego tranzystora stanowia wejscie We3' wzmacniacza 3 mocy. Przebieg napiecia prosto¬ katnego podawany na wejscie We3 oraz przebieg napiecia prostokatnego podawany na wejscie We3' wzmacnia¬ cza 3 mocy sa przesuniete w fazie o kat 180°. Tranzystory T3 i T4 przewodza prad sinusoidalny na przemian zas napiecie na tych tranzystorach ma ksztalt o przebiegu prostokatnym, natomiast przez obciazenie plynie prad o skladowej podstawowej czestotliwosci zródla wzbudzajacego pochodzacy z przedwzmacniacza 2 mocy. Na fig. 4 rysunku przedstawiony jest uklad 4 wydzielania skladowej dynamicznej. Uklad 4 zbudowany jest w kon¬ figuracji czteroramiennego mostka, w którego jednej galezi jest wlaczony przetwornik PU ultradzwiekowy, zas w drugiej galezi jest polaczona galaz rezonansowa skladajaca sie z szeregowo polaczonych cewki L2, kondensa tora C3 i rezystora R3 polaczone równolegle z rezystorem R5 oraz w trzeciej galezi jest wlaczony rezystor R4 a w czwartej galezi jest wlaczony kondensator C4. Wejscie We4 ukladu 4 stanowi jedna przekatna mostka AB mostka, zas wyjscie tego ukladu stanowi druga przekatna CD. Napiecie ze zródla Eb zasilania wzmacniacza 3 mocy jest podawane na wejscie We4 do przekatnej mostka AB. W przypadku jesli czestotliwosc napiecia ze zródla Eb zasilania rózni sie od czestotliwosci rezonansowej przetwornika PU ultradzwiekowego, wówczas na¬ piecie na wyjscie Wy4 jest równe zeru. Jesli czestotliwosc napiecia zasilajacego jest bliska lub równa czestotli¬ wosci rezonansowej przetwornika, wówczas na wyjsciu Wy4 otrzymywane jest napiecie skladowej dynamicznej przetwornika PU ultradzwiekowego. W przypadku wzrostu mocy dostarczanej do przetwornika PU prad plynacy przez ten przetwornik ulega znieksztalceniu, wówczas galaz rezonansowa o czestotliwosci rezonansowej zbli¬ zonej do czestotliwosci przetwornika PU skladajaca sie z cewki L2, kondensatora C3 i rezystora R4, filtruje sygnal skladowej dynamicznej, poprawiajac zakres synchronizacji generatora 1 sterujacego. Napiecie z przekatnej mostka CD stanowiacej wyjscie Wy4 ukladu 4 wydzielania skladowej dynamicznej poddawane jest korekcji fazowej w przesuwniku 5 fazy, a nastepnie jest podawane na uklad 6 formowania fali kwadratowej. Równoczes¬ nie z sygnalem z ukladu 6 formowania fali kwadratowej, jest podawany na detektor 6 fazoczuly sygnal z gene¬ ratora 1 sterujacego. Na wyjsciu detektora 6 fazoczulego otrzymywana jest zerowa wartosc napiecia w przypad¬ ku przesuniecia fazowego sygnalów o kat 90°,zas rózne od 90° przesuniecie fazowe powoduje powstanie sygna-, lu korygujacego, który po odfiltrowaniu przez filtr 8 dolnoprzepustowy steruje generator 1 sterujacy w takim kierunku, aby uzyskac przesuniecie fazowe "sygnalu z generatora 1 sterujacego wzgledem sygnalu sterujacego detektorem 7 fazoczulym o kat 90°, tym samym powoduje synchronizacje i generacje drgan w warunkach re¬ zonansu mechanicznego.4 101 368

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe l 1. Generator ultradzwiekowy wyposazony w przetwornik ultradzwiekowy, uklad formowania fali kwa¬ dratowej, przesuwnik fazy, znamienny tym, ze zawiera generator (1) sterujacy, którego jedno wyjscie jest polaczone z przedwzmacniaczem (2) mocy, wyjscie którego jest polaczone z rezonansowym wzmacniaczem (3) mocy klasy D o przelaczaniu napieciowym, polaczonym poprzez uklad (4) wydzielania skladowej dyna¬ micznej z przesuwnikiem fazy (5), wyjscie którego jest polaczone z ukladem (6) formowania fali kwadratowej, zas wyjscie tego ukladu jest polaczone z wejsciem detektora (7) fazoczulego, którego drugie wejscie jest pola¬ czone z drugim wyjsciem generatora (1) sterujacego, a wyjscie detektora (7) fazoczulego poprzez filtr (8) dolno- przepustowy jest polaczone z wejsciem generatora (1) sterujacego.

2. Generator wedlug zastrz. 1, z n amienny tym, ze fala prostokatna wytwarzana przez generator (1) sterujacy posiada wspólczynnik wypelnienia IC = 1/2 oraz srednia wartosc napiecia wyjsciowego Usr = 0 i czestotliwosc repetycji dostrajana automatycznie do rezonansu mechanicznego przetwornika ultradzwiekowego.

3. Generator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przedwzmacniacz (2) mocy stanowi uklad dwóch komplementarnych wtórników emiterowych na tranzystorach (Tl) i (T2), których emitery sa polaczone z jednym zaciskiem uzwojenia pierwotnego transformatora (Tr), zas drugi zacisk tego transformatora jest pola¬ czony poprzez kondensator (Cl) z masa ukladu, a bazy tranzystorów (Tl i T2) sa polaczone ze zródlem steru¬ jacym, natomiast kolektor tranzystora (Tl) jest polaczony przez rezystor (Rl) z dodatnim biegunem zródla zasilania (+Ec), zas kolektor tranzystora (T2) jest polaczony poprzez rezystor (R2) z ujemnym biegunem zródla zasilania (-Ec).

4. Generator wedlug zastrz. 1, znamienny.tym, ze rezonansowy wzmacniacz (3) mocy klasy D o przelaczaniu napieciowym, posiada tranzystor (T3), którego emiter jest polaczony z kolektorem tranzystora (T4) oraz szeregowym obwodem rezonansowym, skladajacym sie z cewki (LI) i kondensatora (C2), którego drugi zacisk jest polaczony z emiterem tranzystora (T4) i ujemnym biegunem (-Eb) zasilania, zas kolektor tranzystora (T3) jest polaczony z biegunem (+Eb) zasilania.

5. Generator wedlug zastrz. 1, znamienny t y m, ze uklad (4) wydzielania skladowej dynamicznej zawiera galaz rezonansowa skladajaca sie z szeregowo polaczonych cewki (L2), kondensatora (C3) i rezysto¬ ra (R3), polaczonych równolegle z rezystorem (R5), stanowiacym galaz mostka. 1 i Y 8 II « 1 n z m i n 7 i—(^_ 3 j 6 —*~* A 5 WtZ Fig 2 O* Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl