Усилитель мощности с полосой 1МГц Опции

[ISD]

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.

[kovigor]

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) ...

[Proffessor]

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?

[Aner]

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.

[Proffessor]

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.

[Aner]

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%.

[Herz]

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?

[Aner]

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

[ISD]

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...

[HardEgor]

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.

[Proffessor]

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).

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 27 2013, 06:47

[HardEgor]

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.

[Proffessor]

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.

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 27 2013, 07:17

[HardEgor]

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.....

Сообщение отредактировал HardEgor - Jun 27 2013, 07:18

[Plain]

Интересно, а какие проблемы делать механическую ОС?

[jam]

Интересно, а какие проблемы делать механическую ОС?

Не очень понятно, что нужно автору - если ему излучатель, то механическая обр связь не годится по причине огромного числа паразитных резонансов. Пока система ненагружена все в порядке, но как тока основные колебания демпфируются, все перескакивает на паразитный резонанс.