Ультразвуковой генератор Советский патент 1989 года по МПК H03B5/40 

4

00

Изобретение относится к ультразвуковой технике. Цель изобретения - повышение надежности. Ультразвуковой г-р содержит источник 1 питания, источник 2 подмагничивания, магнитострикционный преобразователь /МСП/ 3, диоды 4 и 5, транзисторы 6 и 7, источники 8 и 9 смещения, коммутаторы 10 и 11 тока, трансформатор 12, задающий г-р 13, пороговый трехполюсник 14 и двухвходовый эл-т ИЛИ 15. ПРИ РАЗМЫКАНИИ ТРАНЗИСТОРА 6 К МСП 3 прикладывается разность напряжений источников 2 и 1. Источник 1 имеет напряжение пробоя трехполюсника 14, на выходе которого появляется сигнал единичного уровня и, пройдя эл-т ИЛИ 15, принудительно открывает транзистор 7 и вызывает сброс накопленной в источнике 1 энергии в МСП 3 через открытые транзисторы 6 и 7. Ток МСП 3, нарастая, проходит уровень постоянной составляющей и, как только трехполюсник 14 восстановит свое запертое состояние, импульс на его выходе кончается. При отсутствии управляющих импульсов на выходе коммутатора 11 источник 1 находится в режиме стабилизации на уровне пробоя трехполюсника 14, а избыток его энергии поступает в МСП 3. ЭТО УМЕНЬШАЕТ ОПАСНОСТЬ ПРОБОЯ ЭЛ-ТОВ И ПОВЫШАЕТ НАДЕЖНОСТЬ Г-РА. 2 ИЛ.

оо ел

источников 2 и 1. Источник 1 имеет напряжение пробоя трехполюсника 14, на выходе которого появляется сигнал единичного уровня и, пройдя эл-т ИЛИ „15, принудительно открывает транзистор 7 и вызывает сброс накопленной в источнике 1 энергии в МСП 3 через открытые транзисторы 6 и 7. Ток МСП 3, нарастая, проходить уровень постоянной составляющей, и как толь1

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в генераторах питания ультразвуковых магнитострикционных излучателей.

Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг,1 представлена структурная схема ультразвукового генератора; на фиг„2а-н - диаграммы его работы.

Ультразвуковой генератор (фиг.1) содержит источник 1 питания, источник 2 подмагничивания, магнитострик- ционный преобразователь (МП) 3, первый и второй диоды 4, 5, первый и второй транзисторы 6, 7, первый 8 и второй 9 источники смещения, первый коммутатор 10 тока с инвертирующим выходом, второй коммутатор 11 тока, трансформатор 12, задающий генератор 13, пороговый трехполюсник 14, двух- входовый элемент ИЛИ 15, трансформатор 12 содержит первичную обмотку 16, первую и вторую вторичные обмотки 17, 18; задающий генератор 53 (фиг.1) содержит задатчик 19 мощности, автоколебательный таймер 20 с непрерывным и импульсным выходами, компаратор 21, элементы И 22, 23, счетный триггер 24..

Ультразвуковой генератор работает следующим образом.

Исходное состояние ультразвукового генератора соответствует временному интервалу (t19t2) на фиг.2 и отражает режим нормальной работы. Напряжение на выходе таймера 20 имеет пилообразную форму (фиг.2а) и сравнивается с уровнем выходного напряжения задатчика 19 мощности (фиг.2б)

ко трехполюсннк 14 восстановит свое запертое состояние, импульс на его выходе кончается. При отсутствии управляющих импульсов на выходе коммутатора 11 источник 1 находится в режиме стабилизации на уровне пробоя трехполюсника 14, а избыток его энергии поступает в МСП 3. Это уменьшает опасность пробоя эл-тов и повышает надежность г-ра„ 2 ил.

0

5

0

5

0

5

0

на компараторе 21. Результат сравнения изображен на фиг.2д. В свою очередь, напряжение на импульсном выходе таймера 20 имеет прямоугольную форму (фиг.2в), отрицательными перепадами которого запускается счетный триггер 24. Выходной сигнал счетного триггера 24 изображен на фиг.2г. В результате логического умножения сигналов на выходах компаратора 21 и счетного триггера 24 элементы И 22 и 23 формируют прямоугольные импульсы (фиг.2е и 2ж), длительности tK которых меняются при изменении сигнала на выходе задатчика 19 мощности.Трансформатор 12 объединяет выходные сигналы элементов И 22 и 23, вырабатывая соответствующий разнополярный сигнал с симметричными импульсами, изображенными на фиг.2з. Первый и второй компараторы 10, 11 осуществляют логическое умножение противофазных сигналов трансформатора 12 на постоянные уровни сигналов первого и второго источников 8, 9 смеще- ния, причем первый коммутатор 10 осуществляет еще и инверсию своего выходного сигнала. В результате этого сигнал на выходе первого коммутатора 10 тока имеет вид, показанный на фиг.2и, а сигнал на выходе второго коммутатора - вид, показанный на фиг.2к. Первый транзистор 6 большую часть периода находится в замкнутом состоянии и размыкается на время tn, а второй транзистор 7 разомкнут и замыкается на время tn.

Логика работы первого и второго транзисторов 6, 7 в исходном состоянии состоит из четырех интервалов.

В результате их переключения к маг- нитострикционному преобразователю (МП) 3 прикладываьтся напряжение, определяемое сигналом на фиг.2г, и протекает ток в соответствии с фиг,2 На первом интервале первый и второй транзисторы 65 7 разомкнуты (нулевые уровни на фиг„2и и 2к), К МП 3 прикладывается разность напряжений источника 2 подмагничивания и источника 1 питания (уровень 2-1 на фиг,2г) под действием которого ток уменьшается, становясь меньше уровня постоянной составляющей i.0. Ток течет по цепи МП 3 - второй диод 5 - источник питания - первый диод 4 - источник 2 подмагничивания и МП 3. На втором интервале первый транзистор 6 замкнут, а второй транзистор 7 разомкнут (единичньй уровень нафиг,2и и нулевой - на фш%2к), К МП 3 прикладывается напряжение источника 2 подмагничивания (уровень 2 на фиг,2л Под его действием ток начинает возрастать s стремясь к уровню постоянной составляющей гс (фиг.2м). При этом ток течет по цепи МП 3 - второй диод 5 - первый транзистор 6 - источник 2 подмагничинания и МП 3. На третьем интервале включаются оба транзистора 6, 7 (единичные уровни на, фиг„2и и 2к)п К МП 3 прикладывается сумма напряжений источника 1 питания и источника 2 поцмагничива- ния (уровень 2+1 на фиг.2л). Ток МП 3 возрастает выше уровня постоянной составляющей 10 (фиг,2м)s протекая по цепи (фиг.1): МП 3 - второй транзистор 7 - источник 1 - первый транзистор 6 - источник 2 и МП 3. Четвертый интервал соответствует второму с той лишь разницей, что ток стремится к постоянной составляющей,убывая, В исходном состоянии источник 1 и источник 2 обмениваются своими энергиями5 находясь в динамическом равновесии. Напряжение источника 1, в частности, не превышает своего рабочего значения, Пороговый трехпо люсник 14 не пропускает иа свой выход информационного сигнала (фкг.2н) и двухвходовый заемент ИЛИ о участия в работе не принимает. Долговременное размыкание (или замыкание) первого транзистора 5 (или второго транзистора 7) может привести к нарушению динамического равновесия между источниками 1 и 25 лрч зтом на

10

15

20

25

30

5

0

5

0

5

выходе одного из них возникает перенапряжение. Реальнее всего долговре-1 менное размыкание второго транзистора 7 (фиг.2к для t 7 t2). Имеется по меньшей мере две причины, приводящие к этому - неисправность второго коммутатора 11 тока и несогласованность времен выключения первого и второго транзисторов 6, 7. Последствиями пропадания управляющих импульсов на выходе второго транзистора 7 является возможность пробоя первого 6 и второго 7 транзисторов, а также возможность удара рабочего инструмента (не показан), прикрепленного к МП 3. Система компенсации времен выключения первого и второго транзисторов 6, 7 предназначена для предотвращения процесса перекачки энергии из источника 1 в источник 2 с последующим нарастанием постоянной составляющей 10 в МП 3„ Она задерживает появление управляющего импульса на выходе второго коммутатора 1 тока, выравнивая длительности импульсов управления первым и вторым транзисторами 6, 7„

Задержка эта формируется по результату сравнения двух параметров: постоянного напряжения на выходе источника 2 и значения тока i0 МП 3. Возрастание тока 10 в переходных процессах сказывается на формировании указанной задержки и может надолго устранить управляющие импульсы на выходе второго коммутатора 11 тока. Пусть (фиг.2к) с момента времени t полностью исчезли управляющие импульсы с выхода второго коммутатора 11 тока, а первый коммутатор 10 продолжает работать. Пропуск первого импульса приведет к продолжению на- растания тока к уровню 1„, а следующее за ним размыкание первого транзистора 6 вызовет спад тока до нуля, т.е. переход в режим прерывистых токов. За время спада тока источник 2 через первый и второй диоды 4, 5 (фиг,) сообщит источнику 1 дополнительный заряд, который ему некуда израсходовать. С замыканием первого транзистора 6 снова начнется процесс нарастания тока к уровню 10. Второй импульс () снова будет пропущен, а следующее за ним размыкание первого транзистора 6 опять приведет к росту напряжения на выходе источника 1 (фиг.2л - нарастание уровней 2+1 и 2-1).

В момент времени t3 напряжение на выходе источника 1 достигает значение пробоя порогового трехполюсника (фиг„2л, уровень 1)„ К МП 3 при размыкании первого транзистора

6прикладывается разность напряжений источника 2 и источника 1. Последний имеет напряжение пробоя порогового трехполюсника 14, на выходе которого появится сигнал единичного уровня (фиг.2н), который, пройдя двухвходовый .элемент ИЛИ 15, принудительно откроет второй транзистор

7и вызовет сброс накопленной в источнике 1 энергии в МП 3 через открытые первый и второй транзисторы 6, 7, Ток МП 3, нарастая, пройдет уровень 10 и, как только пороговый трехполюсник 14 восстановит свое запертое состояние, импульс на его выходе кончится„ При отсутствии управляющих импульсов на выходе второго коммутатора 11 тока (третий импульс на фиг.2k) источник 1 будет находиться в режиме стабилизации на уровне пробоя порогового трехполюсника 14, а избыток его энергии будет поступать в МП 3

В результате уменьшается опасност пробоя элементов, повышается надежно С ТЬо

Формула изобретения Ультразвуковой генератор, содержащий задающий генератор, трансформатор, состоящий из первичной обмотки и первой и второй вторичных обмо

5

ток, источник питания, сдвоенный од- нотактный усилитель, который выполнен по схеме моста, два противоположных плеча которого выполнены на соответственно первом и втором транзисторах, а два других плеча - соответственно на первом и втором диодах, первый4источник смещения, который через первый коммутатор тока с инвертирующим выходом подключен к управляющему входу первого транзистора, второй источник смещения, выход которого подключен к входу второго коммутатора, при этом источник питания подключен к одной из диагоналей моста, в другую диагональ которого включены последовательно соединенные источник подмагничивания и

0 магнитострикционный преобразователь, первичная обмотка трансформатора подключена к выходу задающего генератора, первая вторичная обмотка трансформатора подключена к управляющему

5 входу первого коммутатора, вторая

вторичная обмотка трансформатора подключена к управляющему входу второго коммутатора тока, отличающийся тем, что, с целью позыше0 ния надежности, введены пороговый трехполюсник, который включен параллельно источнику питания, и двухвходовый элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу порогового трехполюсника, второй вход двухвхо- дового элемента ИЛИ подключен к выходу второго коммутатора тока, а выход двухвходового элемента ИЛИ подключен к управляющему входу второго тран0 зистора.

5

ft-15,17

8