Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразователя Советский патент 1991 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний и может быть ис- лользоаано при ультразвуковом и акусто-эмиссионном контроле материалов и изделий в условиях изменяющейся.температуры окружающей среды.

Целью изобретения является повышение стабильности его передаточной функции за счет исключения влияния изменений температуры.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема согласующего устройства для ультразвукового пьезопреобразователя; на фиг. 2 - его вольт-амперная характеристика; на фиг. 3 - температурный дрейф его выходного сигнала.

Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразователя содержит (фиг. 1) первый транзистор 1 n-p-n-типа. третий резистор 2, вывод 3 для подключения положительного вывода источника электропитания, пятый резистор 4, выходной вывод 5 и общую шину 6, между которыми подсоединяется ультразвуковой пьезопреобразо- ватель 7, генератор 8 переменного напряжения, третий транзистор 9 п-р-п-тиО

VI СО 00

4

па, второй транзистор 10 n-p-n-типа, конденсатор 11, четвертый и пятый транзисторы 12 и 13 n-p-n-типа, четвертый резистор 14, шестой резистор 15, второй резистор 16, управляющий транзистор 17 n-p-n-типа и первый резистор 18. Четвертый и пятый транзисторы 12 и 13 и четвертый резистор

14образуют токовый отражатель.

Первый транзистор 1 подключен коллектором к базе третьего транзистора 9 и ко вторым выводам третьего резистора 2, конденсатора 11 и второго резистора 16, базой к первому выводу шестого резистора 15 и ко второму выводу пятого резистора 4 и эмиттером к эмиттеру второго транзистора 10 и к коллектору четвертого транзистора 12. Первый вывод третьего резистора 2 соединен с первым выводом конденсатора 11, с выводом 3 для подключения положительного вывода источника электропитания, с коллектором третьего транзистора 9 и с первым выводом четвертого резистора 14, второй вывод которого подключен к базе и к коллектору пятого транзистора 13 и к базе четвертого, транзистора 12, эмиттер которого соединен с общей шиной бис эмиттерами пятого транзистора 13 и управляющего транзистора 17. Управляющий транзистор 17 подключен базой к первым выводам генератора 8 переменного напряжения и первого резистора 18 и коллектором ко второму выводу первого резистора 18 и второго резистора 16. Первый вывод пятого резистора 4 подсоединен к базе и к коллектору второго транзистора 10 и к эмиттеру третьего транзистора 9. Второй вывод шестого резистора

15соединен с выходным выводом 5, предназначенным для подключения ультразвукового пьезопреобразователя 7.

Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразователя работает следующим образом.

В исходном состоянии все транзисторы закрыты. При подаче напряжения питания через вывод 3 на эмиттерах первого транзистора 1 и второго транзистора 10 задается ток, необходимый для перевода всех транзисторов в активный режим раЬоты. При подаче на базу первого транзистора 1 приращения тока A i 5i увеличивается ток, про- текающий через коллекторную и эмиттерную цепь этого транзистора. Падение напряжения на третьем резисторе 2 возрастает. При этом напряжение между базой первого транзистора 1 и выводом 3 для подключения положительного полюса источника электропитания увеличивается на величину

AUi Ri,

где - коэффициент усиления по току первого транзистора 1;

Д i 61 - приращение тока базы первого транзистора 1;

Ri - сопротивление третьего резистора

2 в цепи коллектора первого транзистора 1. Поскольку напряжение питания Е между выводом 3 для подключения положительного полюса источника электропитания и

общей шиной 6 постоянно, то на эту же величину должно уменьшиться напряжение между базой первого транзистора 1 и общей шиной 6. Таким образом, увеличению тока ДI di между базой первого транзистора 1

и общей шиной 6 соответствует уменьшение напряжения на этом участке цепи. Это означает, что устройство обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. При этом вольт-амперная характеристика

устройства имеет вид S-типа (фиг. 2) и смещена вдоль оси токов. Устройство с вольт- амперной характеристикой S-типа имеет индуктивный характер реактивности. Подключением конденсатора 11 параллельно

переходу коллектор-база третьего транзистора 9 осуществляется преобразование емкостного импеданса в индуктивный.

Температурная и режимная стабильность эквивалентных параметров зависит от

температурной стабильности сопротивления RI третьего резистор 2, а также температурной стабильности электрической емкости Ci конденсатора 11 (фиг. 1), которые выбираются прецизионными и не зависят от параметров

транзисторов. Сопротивление RI третьего резистора 2 и емкость Ci конденсатора 11 рассчитываются из соотношения

L3 (Ri)

V }40 Ј Сг

где fo частота заполнения радиоимпульса. Шестой резистор 15 служит для компенсации в требуемых пределах абсолютной величины отрицательного дифференциального сопротивления I R - э и осуществляет регулирование добротности эквивалентной индуктивности, которая определяется выражением

,

(Ro-IR-l3)

где RO - сопротивление шестого резистора 15, включенного последовательно с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Повышение напряжения Ur генератора з приводит к увеличению базового тока управляющего транзистора 17, а следовательно, и его коллекторного тока. В результате изменяется напряжение открывания первого, третьего и второго транзисторов 1, 9, 10.

При этом вольт-амперная характеристика S-типа перемещается вдоль оси напряжений (фиг. 2) и изменяется выходное напряжение, подаваемое на электроды ультразвукового пьезопреобразоватчля 7.

Использование изобретения позволяет повысить стабильность передаточной функции согласующего устройства.

Формула изобретения Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразоеателя, содержащее пять транзисторов n-p-n-типа, шесть резисторов, генератор переменного напряжения, общую шину и управляющий транзистор п-р- n-типа, база которого является входом устройства и подключена к первым выводам первого резистора и генератора переменного напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной и с эмиттером управляющего транзисторап-р-п-типа, подсоединенного коллектором ко второму выводу первого резистора и к первому выводу второго резистора, третий резистор подключен первым выводом, предназначенным для подсоединения к положительному выводу источника питания, к первому выводу

четвертого резистора, вторым выводом к кол лектору первого транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером второго транзистора, отличающееся тем, что,

с целью повышения стабильности его передаточной функции за счет исключения влияния изменений температуры, оно снабжено конденсатором, первый вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора и с коллектором третьего транзистора, подсоединенного базой ко вторым выводам конденсатора, третьего резистора и второго резистора и эмиттером к коллектору и базе второго транзистора и

первому выводу пятого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и с первым выводом шестого резистора, второй вывод которого является выходом устройства и предназначен для

подключения ультразвукового преобразователя, эмиттер второго транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора, подключенного эмиттером к общей шине и базой ко второму выводу четвертого резистора и к базе и коллектору пятого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной.

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний и может быть использовано при ультразвуковом и акусто-эмиссионном контроле материалов и изделий в условиях изменяющейся температуры окружающей среды. Цель изобретений - повышение стабильности его передаточной функции за счет исключения влияния изменений температуры. Акустические колебания ультразвукового пьезопре- образователя 7 преобразуются им в электрический сигнал, который через шестой резистор 15 преобразуется в приращение тока на базе первого транзистора 1. Ток через первый транзистор 1 увеличивается, в результате чего возрастает падение напряжения на третьем резисторе 2. Поскольку при этом увеличивается напряжение между базой первого транзистора 1 и шиной питания, то на эту же величину уменьшается напряжение между базой первого транзистора 1 и общей шиной 6, так как напряжение между шиной питания и общей шиной постоянно. Таким образом,увеличению тока между базой первого транзистора 1 и общей шиной 6 соответствует уменьшение напряжения между ними. 3 ил. сп С

Выход

Риг.1

1мЙ