Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразователя Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

HaofjijereiiiK- о1и;х 1П :я к y. io i j/a.ii-iy ково- му неразруи1Г|К1|цему KOI; rju). и может быть Hciio.iibjOhaiH.) iiji;i кг.с г;м). ;с -/и, ,ч. к;и и изде;1ий в услоииях nj.vi ii5iKjiii,etu 10114-- ратуры окружающей cpe.U b

(елью изобретении яв.Ч)-;о1ч.я i;i).,4ine температурной стабиль)1{н г и 1ч () да | функции согласующего vcTj.Myi iCTp.a чи счет компенсации темиер п yriHorti „ ЦИ йф Н t-rtj i/r рицательпиго ;ui{{iijiepe 4Ui:;i :: ) о соцротиь ления,

Fia чертеже представлено мрннц пи;.;, ная схема С01 ласуюн1е14) ycTpoiicTBa

Устройство содержит первый п р ii ipan зистор 1 и второй р-г1-;|-транзистор . ре зисторы 3 и 4 в коллекторных цепях iijii зисторов 1 и 2, эмитте) первсм о ij);iM.;uic- тора 1 и BTOpoii выно, ре tiv,-1ори. -I сое динены с «землей, :: мигге 1 rijaniiHciор.а 2 н второй выво,1 ()езистпра 3 соедияеш с шиной питания, соединенной с клеммсл ;;.ля подключения у:1ьтр а звукового ньезог1|:кч)б|)а- зователя, резистор 5, вк.чюче1111ЫЙ ме/кду ко.ч лектором первого граизисюра и ба юй ито рого транзистора 2, резистор ti, ик.лгоченный между базой це)во|о гра1 зистора 1 п коллектором второго гранзисто})а 2, две цепи, каждая из которых С(.)стоит из п-р S-транзисто ров 7. 8 и pe;iiiCTOpOB 9, Н) в торной цепи, ywHTi ep rpaH:iiici op.a 7 спедииен с коллектором i |)анзист(1р;1 , агорой ш.шод резистора 9 соединен с гииной пи- -ания, мит тер транзистора 8 соединен с ба soii не )В(л-(; транзистора 1, второй ьыги .: езчсгор- И1 соединен с ко. кчектором Г1 ;пг-;И1.-: ; ри v; p.i зисторы 11, 12 ci -единеиы о бача:- : I paH зисторов 7, 8, вторые иыводЬ| ()ечис гс рси; объединены, нере-мс- 1111.1Й )елист;)() I ;,д1и;и-.с . которого соединен ; pc3 iciopaNv,i И, 12, пер вый и второй i biHCi;ibi pe:-.i:f ;:))а ь5 (,ч - динены еоответсгвенно с положи ;сл1;Но1.м полюсом источника пигакия li v4.ic i.iJi.4i, vn- равляющий ii-p II-ijbiH3M.CTf)j i4. oa;;a которого через резнего 1 15 сосдинЧ на с -.:,«- лей, эмиттер соединен с базой 1-ранзис тора 1,резисто) 16. включенными мсжл 6, -;i;ii и коллектором г)анзистора 14. кол.1е1.ч)|) транзистора 14 соединен также с базой гран зистора 2, нервый дополнитель-н й n-p-ii- транзистор 17, эмиттер которого c(Jeд,иiieн с коллектором транзистора , второй дополнительный п-р-п-транзиетор 18, : миттер рого со1 1инен с базой i раь зио ;)j)b 1, i ре тий до1и)лнитель} Ы11 и р-л-гран.исюп 8, эмиттер которогч) еоединен с базой транзистора 1, третий дополните,ьный п-р-п- транзиетор 19, эмитгер которого С .единен с шиной питания, резиетор 2(J, включенный между базой транзистора 2 и. коллектором транзистора 17, два резиегора 21, 22, вклкJ- ченные соответственно между базой и коллектором транзистора 18 и шиной питания, два резистора 23, 24, включенные ,чДу б.з.ч.:, ми соогветс венно гранзисторо -. 17 и 18 и кол

..leK iopoM гранзистора 2, эмиттер транзистора 19 ((Я динен с шиной нитания, резмгтот) 25, включенный между коллектором г раиьнс r(j)a 19 и по. ожичельным полюсо.м

ястчяика и,;таи1и;, ре;.,к:тор 26, включенный ,и.л-:. Ko. L ieKropOM и ( kr-soii гранзис.тар;5 19, и ре исто11 27, вкл1очеи.нь1Й между базой транзистора 19 и б.-,(;й транзистора 18, б.:-1 ;, у 11 j(ir..THK :ijei O г);м1зистора 4 яв.тяет- сч ;чх();.л; .; ;:огласу1 .1цего устройства. енеI aT Oj /.S ;;;члючен м(;:лду базой У11раБЛПю- ч1.М ;i траизи : ора 14 и « е :лейх. а ньезонр - oopjMii-атель 29 между шипий питлн ;;, Ii «земле

У строй : т ЕЮ раб1ггает следующим образом

К исхптном состоянии транзисторы 1, 2,

14, Г, 18, 7, 8 закрыты, а транзистор 9 открьгг.

I b 45 :i ni iiHe Г1Н1 .-иощо-о на11ряже1 я -.п 11)И1М)дит к уве.тичению токов, протекающих ерез |1 , зист)ьнь;е детит елн , о. to, 16, и

22, 21. 4 При нрев1)П11ении падением напряжения на резисторе 15

25

RvfI,----turfR,5

напрнженич отк|)Ь1вания транзисторов I и 14. т.е.

-; l.,,,4,(2)

К: . - R:,-

oi K lJbiuaeioi ун|)авляю1иий гранзиетор i4 : .. ПротлБлс ние ci o liepc(i3

iiin. ie 1Т крь.наП|1Я у|)аи,п.яюгцего транзисто- ifi I l Ч-м. личи ;хаетч-и ток, протекаю1ций че- pt , (-...vHCTOp;. 3, Г, 4, (i, переход коллекTc.ip ЭМИ гтер транзистора 14. Как только па- деьли- напряжения н;-, резисторах 4, 6 (или 3, 5) оказывается равным напряже)1ию на П .Ч) 6;i чо - э ;итге() транзистора i (или 2). этот грапзистор открывается, увеличивается его коллекторный ток и надение 11н|| 1яжения па резисч оре 3, за.мыка- ется цепь положительной обратной связи по току. В рез льтате вк/ юч.ается второй тран- iiu Toii 2 Трап ;1 ст(;р),1 , ;J н реходит в линейный pi-жим |)апоты. Г1о1й шен11е напряжения

Ь, leneparopa 2Н приводит к уве;1ичепию yn aBjTHKjiiieiо тока гранзисгора 14, а с.чедо- нагельно, п ко.т..11екторн()го TOica. В резуль- гате и менясгся напря сение открывания транзисторон 1 и 2, а следовательно, и выходного напряжения, подаваемого на электроды пьезопреобразопателя 29. Д,а. 1ьнейн1ее повышение (штающего напряжения приводит к :.тк,):,вани;о .мистеров 7 и 8. От Kph.-iiiaiiHe тра11:чист (1ра 8. а та1;же переход его

из jiHtieMHOio режима и режим нас1 11цения 1)иводят к вариации глубины положительной обратной связи ис; гону, так как переход коллект ор - эмиттер 1ранзястора 8 и резистор 10 включены паралле;1ьно резистору 6. 1ерех(}Д коллектор - :(миттер (гранзисто- ра 7 включен параллельно резистору 3 в цепи от)ицате.тьпой об;)атной связи но напряжению. Таким образом, при изменении питающего н.анряжения осугцествляетси вариация глубины положительной обратной связи по току и отрицательной обратной связи по напряжению. Это, в свою очередь, приводи к изменениям как напряжений Ьвкл . ( выкл и токов iiiK.-i, 1вык.1 включения и выключении, так и отрицательного дифференциального сопротнв.тения четырехполюсника. Абсолютная величина отрицательного дифференциального сопротивления по постоянному току /R-/ связана с напряжениями (Lb.h.i, UBUK.I) и токами (1вкл, 1выкл) включения и выключения устройства соотно1пением

lUuK.

R lИвкл - }вык,|

Цени, состоящие из транзисторов 7, 8 и резисторов 9, 10, осуществляют подст)ойку выходного отрицательного диф(})еренциаль- ного сопротивления Z-(Р)(- -(- РЬчкв четырехполюсника до необходимой величины индуктивности L..KB.

При повышении температуры на А1 на- пряжепие на переходе база - ::1миттер трак 4истг))ов LJft-j уменьшается и стан(;вится равным

Urr, . L fivo -- ЛЬб.,

где L 6iQ- напряжение на переходе

база - эмиттер транзистора при ,

,,, - - температурный дрейф напряжения на переходе база- эмиттер;

к----1,5--3 мВ/град-скорость изменения па- пряжения на переходе база-эмиттер, вызванного температурными вариа- ци я м и.

Поэт ому включение транзисторов 1, 2 njxj- исходит раньше при меньшем Т1итаюи;.1,; напряжении. В момент включения со,масук - mei o четырехполюсника транзисторы 1, 2 переходят из режима отсечки в линейный режим. Поэтому на температурный дрейф напряжения ДУвкл и тока Д1вкл включен1-)я основное влияние оказывает дрейф напряжений на переходах база --эмиттер транзисторов

Ливкл ф1(Дибэ);

Д1вкл {AUf).) .

в .мо.мент выключения четырехполюсника надепи : 11апряження на резисторе 3 {или 4) оказывается равным напряжению на нерехо- де база--эмиттер транзистора 2 (или 1), ток через резис горы 5, б практически равен . Транзисторы 1, 2 переходят из линеЙ1 ого режима работы в режим насыщения. Поэтому на дрейф па11|)яжения .п и тока AiuiJki выключения оказывают влияние температурный дреЙ1.1 напряжения на переходах база- эмитт1 р Aljfi.i н режиме Macbiiue- ния и дрейф коэффициентов усиления по ток Ар т()анзисторов;

Аивы,... - liAlJfi o, Afi); Ai«:-K., У,(А11г„„, Ар). В результате температурных вариации нанряжение на коллекторе транзистора 2 уменьтиается и транзисторы 17, 18 призакры- иаются. Сопротивление перехода коллектор эмиттер RK, транзистора 17 увсмичи- вается, а действие положительной обратной связи но току ослабляется. Эквивалентное сопротивление

(R-.i: + Ri.oJ.R.T

R.K.

RK

-R.n +

i.pJ.R

fRo

5

0

5

увеличивается. То.л. протекающий чере. .... : вую цепь транзистора 2, уменьшается. ,, 1ля

0 открывания транзистора 2, уменьшается. Для открывания транзистора 2 необходимо увеличить питаюшее напряжение, т.е. осу- пгествляется компенсация температурного дрейфа. Призакрь1вание транзистора 18 нриводит к увеличению сопротивления его перехода коллектор -- эмиттер R.i. Ток, протекающий через резистор 21, коллектор-эмитте) трапзистора 18, резисторы R,,, R4, уменьшается. Поэтому для включения устройства необходимо увеличить пнQ таюпгее напряжение. Таки.м образом осуществляется терм; ; омпе11сацня дрейф. ;:,; н|1я кений н токов включення и выключе ИЯ.

Увеличение темнературы окружаюше среды приводит ме тольк 1 к смешению 5 вольт-амперных характе)пстнк еогласукпце- го четырехполюсника вдоль оси напряжений влево, по и к изменению положе)1ия рабочей точки. При работе четырехполюсника с отрицательным дифференциальным сопротивлепием в качестве сог ласуюшего устройства используется линейный режим работы, т.е. выполняется неравенство вида

--/. где RO Ккэ(9 +R25- flP fJ .;; изменения соотнсяпения .между активной С(4(ав,тяю1ией от)Инательного днф1||ере1ши- ального со| ротив 1ення , R - / и coiipoTHHJt иием R{} возможен переход coiMacyioniei o чет1 1рехполюс11нка нз линейного режима работы в нелинейный режим, в результате чего изменяется не только амнлитуда, но i: форма выходного сигнала ультразиу0 ковогопьезоп 1еобразопсгте,1я. 4r(ini,i

предотвратить подобный нереход, iKJC.iri.r-,, тельно с резистором Ro включен переход коллектор - эмиттер транзистора 19. Повыпк- ние темнературы приводит к уменынонню напряжения на коллекторе транзисто(1а 2, в

результате чего транзистор 19 призакрывм- ется, сопротивление RK-JI.I перехода кол,1ек- тор-эмиттер транзистора 19 увеличивается, следовательно, возрастает o6niee сопротив

ление ,, включенное последовательно с COI .ласующим четырехпо.пюснн- ком и задающее положение рабочей точки. При этом устройство при изменении температуры остается в линейном режиме работы. Изобретение позволяет термокомпенсиро- вать дрейф напряжений и токов включения и выключения согласующего устройства, а также стабилизировать режим его работы в широком диапазоне температур.

Формула изобретения

Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразователя, содержап1ее первый и второй транзисторы п-р-п и р-п-р-ти- па с резисторами в ксхплекторных цепях, включенные между шиной питания и «землей 11аралле. 1ьно выходиы.м клеммам, служа- плим для подключения ультразвукового пьезопреобразователя, резистор, включенный между коллектором первого транзистора и базой второго транзистора, резистор, включенный между коллектором второго транзистора и базой первого транзпстора, две цепи, каждая из которьгх состоит из транзистора п-р-п-типа и резистора в коллекторной цепи, эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором первого, второй вывод резистора в коллекторной цепи третьего транзистора соединен с шиной питания, эмиттер четвертого транзистора соединен с базой первого транзистора, второй вывод резистора в коллекторной цепи четвертого транзистора соединен с коллектором второго транзистора, резисторы соединены с базами третьего и четвертого транзисторов, вторые выводы которых объединены, переменный резистор, движок которого соединен с объединенными выводами резисторов в цепях баз третьего и четвертого транзисторов, первый и второй выводы пере

0

5

0

5

0

5

менного резистора соединены соответственно с положительным полюсом источника питания и «землей, управляющий транзистор п-р-п-типа - с резистором в цепи базы, соединенным с «землей, эмиттер управляющего транзистора соединен с базой первого транзистора, резистор, включенный между коллектором и базой управляюп1его транзистора, коллектор управляющего транзистора соединен с базой второго транзистора, а база управляющего транзистора является входом согласующего устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения температурной стабильности передаточной функции согласующего устройства за счет компенсации температурного дрейфа его отрицательного дифференциального сопротивления, оно снабжено тремя дополнительными транзисторами п-р-п-типа, эмиттер первого дополнительного транзистора соединен с коллектором первого транзистора, резистором, включенным между базой второго транзистора и коллектором первого дополнительного транзистора, эмиттер второго дополнительного транзистора соединен с базой первого транзистора, двумя резисторами, включенными соответственно между базой и коллектором второго дополнительного транзистора и тиной питания, двумя резисторами, включенными между базами первого и второго дополнительных транзисторов и коллектором второго транзистора, эмиттер третьего дополнительного транзистора соединен с щиной питания, резистором, включенным между коллектором третьего дополнительного транзистора и положительным полюсом источника питания, резистором, включенным между коллектором и базой третьего дополнительного транзистора, и резистором, включенным между базой третьего дополнительного транзистора и базой второго дополнительного транзистора.

Изобретение относится к ультразвуковому неразрушаюшему контролю и может быть использовано нри контроле материалов и изделий в условиях изменяющейся температуры окружающей среды. Целью изобретения является повышение температурной стабильности передаточной функции согласующего устройства за счет компенсации температуриого дрейфа его отрицательного дифференциального сопротивления. В результате температурных вариаций напряжение на коллекторе транзистора 2 уменьщается, т.е. транзисторы 17, 18 призакрываются, что приводит к увеличению переходов RK, трап- зисторов 17 и 18, т.е. уменьшению положительной обратной связи. Таким образом осуществляется термокомпенсаиия дрейфа напряжений и токов включения и выключения. Стабилизация положения рабочей точки достигается включением транзистора 19. Сопротивление RK с повышением температуры возрастает, и, как следствие этого, возрастает последовательно включенное с четырехполюсником обпхее сопротивление Ro Ras + 19, задающее и стабилизирующее положение рабочем точки. 1 ил. g (/ С