Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразователя

Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразователя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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, трапзисторов 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1392499 А 1 с511 4 О! 1х 29 04

ЙЯг;, /)

13 "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4140120/25-28 (22) 27.10.86 (46) 30.04.88. Бюл. № 16 (72) А. Н. Серьезнов, Л. H. Степанова и В. П. Стариков (53) 620. i 79. 16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1054768, кл. G 01 N 19/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1254376, кл. G 01 х1 29/04, 1985. (54) СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к ультразвуковому неразрушаюшему контролю и может быть использовано при контроле материалов и изделий в условиях изменяющейся температуры окружающей среды. Целью изобретения является повьппение температурной стабильности передаточной функции согласующего устройства за счет компенсации температурного дрейфа его отрицательного дифференциального сопротивления. В результате температурных вариаций напряжение на коллекторе транзистора 2 уменьшается, т.е. транзисторы 17, 18 призакрываются, что приводит к увеличению переходов К.-. транзисторов 17 и 18, т.е. уменьшению положительной обратной связи. Таким образом осуществляется термокомпенсация дрейфа напряжений и токов включения и выключения. Стабилизация положения рабочей точки достигается включением транзистора 19.

Сопротивление R- с повышением температуры возрастает, и. как следствие этого, возрастает последовательно включенное с четырехполюсником общее сопротивление R ——

R;, + R. |ч, задающее и стабилизирующее положение рабочей точки. 1 ил. (3(32499

> 3

2<б

-= <+(3, (2!

<> Ji <> 0

И зоб р< Г<. П И((> i !i<)). (11 . >! K )I. II) I ( КОВОму неразру(li;iK>ilt(M, кон, (»;.:.)(Ожет быть

И С (10.(Ь ЗОВ )< !) (! ";. I ) <). С 11<. 1 >. Ри:t. 1(, !! !I изд<.. (иЙ в 3 <ло(>и»х Ii 3 >i<>!!53><> i(i(и< и I < v! < i. -РатУРЫ ОКРУ жа ГОПЦ Й С РЕ (ы. (f < .(üK) изобр т(ни>< я вл»с I, ii I:,)I)»)I! I. Ill!( теM(I(рагурной стаби.<ьпосги 1 р<,(> I <>Й ф)>>н Кll HH (. 0(с l а >< f(>f1?0! О С I j < >Р С В 1 3<3 С<и. I

КОМП(!!< ацИИ Г<1)1(!Сpi< i l f)II<>! <) I(i< и > (i (> <>Г рицитель Ого .(;!фф(p(II!;,:,:; . р<>(.II. лени». ((и чергежс прсдсч авл(t((, !(J>i!!ii.

f33» схс ма сОГла< v 10((t(I О ? с (р >Йс В (>

Устройство сод(.ржит первыЙ и p i> i р;<н зистор и второй р-и-;!- ãð;IH«H(ò(>(. р( зисторы 3 и 4 в кол.чскторных .I(II»;, р(н зисторов и 2, эмигтср (((j)ti< )х 1;); нзистopH и н ((>р<>!(Вы в() 1 р(с . дин I(bi с <(.3(млей», вмиг(; р i II((н.>:1(1 >(, i и Втo f >oil Бы вод рс .31i<. ч <> !)i шин<)Й пи Г1<,Kд < K<). I лектором первого;р;1:!зисlop<1 !! 6

po(o Tp

M (>K l >I 6 а 3 о и I l (р в (> () т Г);3 Н з и С Т O p <1 i k! .1. (???????????? ????????????(> I Iiа»зис(.ор I 2, д!3(ц(!и, !.:.(ждая из коloj)t!x с< TOHò из и-р l!-Tp;lf(:(ис,<) ров 7. 8 и ре <ист(>ров !?, 1(! в ко.(лск торнои цени, ам и >! (p Гран (и(i;i!.;1 < с<>(. (if(lсн

С Ко 1.н. КТОРОМ Ч Р (Н <ИСТОР<Ч (, I)10()ОИ (31>(ВОД

petit(. TI) p;3 (k (o(;t ii1! < с и f i(() Й i:it:;> It (0;, .;(и т тер гр;)нзисгора 8 с0(. (il;IHI> . 3()!! и(р(301<; транзистора (, ((ч ирой ьы(; сОСДиH(11 с K(>.1. I(. к(ОРО 1 I!; .!!". .,, < зисторы ! > (2 с< cëèíOны; 6,1 3,3, . гр )1<

3НСТорОВ 7, 8, 13TOpt)(<1 13bl>3)),t!) рс 3!i i)I>(,(<

Объеди нсны, и(р(. >(с < i!! I Й f)0 )и, "I! (> I;.;(!)и ж < которого соединен роз>и 3<>j), t ;, (2,:>; р

Вы и и 13 Горои ВИН(ды р« ;.< !, j> I,j ) <)(ДИИЕНЫ СООЧ tt< T(I3< II !f0 " II(>.!;>>K И,,. .Л !) Ii.)l М иолlосом источ ни в",<1 ?? l! i (??>< и 51 ii «.1> 1,>. I < >I », х! l равлян)(ций il р i» р,>п (и(Г(!p I j. б;! 3;> которого через рсзис гор (, > с()сди»сн;! лей», эмиттер со дit(3(II с 6,3 3ой тра>(зис тора (, р(зисг(>р I>) (3(.(K> I(l(l!I>IH мс,+„,:, бп-;: Й и коллектором гранзис(ор(3 (ко.!Лс. Ор транзистора (4 с0(динен -,ак>кс базой тр;lii зистора 2, пеpf3b(H;1()110.(нитсль>(ый и-р-l!тра нзи Top 7, эмитт<. J) KoTO )0< () <.0(,IHii(H коллектором транзи TOp< !) Втo )(>H дополнительный и-р-и-транзистор 18, эмитгер ко?р.огоо с03)динен (6(!.!0>1 I ранзи< Г<>;.;: 1, тр(— ти Й to(I(). I f1l(T<., I L) fit)1 31 1> P-! I - Г Р. -I ilзис I » > эмиттер которого соединен " базой тр 3»зистора l, третий дополнитс. < Н((ый li-р-итранзистор (Ч, эмит(ср кото)of<) ое,Iлl(кчорс>м транзисгора (7, два резис гор;! 2(, 22, IIK.(K>ченные соответственно меж,(у баз<)й и коллектором транзистора 18 и Iffkti«>v (итани?l, .!в,! резистора 23, 24, вк I!0«< f! >I»«,.:-,,ду б;>--,, ми соответственно гр,(нзист<>р >, !! и (8 и t,(,; ГJ><3 11 3 И T<>j)0 it(i f((f(с iil >t itoH IIHTd H HH > рс.з(.-тор "5, «к.чго (с fiiiil ((ежду;.Оллектором (P<» f«I3Ñ ГОР 3 ()) И !IO. ><>iK I . i (. . ОНЫМ ПОЛК)СОЪ( и I I"! НИ к" (1() Г 3 fili», р< . > 0 TO(> 2(), 1(кл К)ЧВHHI;! j<

» " »К, > K I >, !. <С) ГО". () М ?! <) 3(i((> Ра Н.>И(Г IPd !,<, рс <и т;> 27, вклк)ч «ный между базой

i j) .tIt. 3?3<"1() (1 t I (3 lt >) )!.H чpdk()<>i . I»!(:Ii <) р; !1 3»(тоГ>а 14 Яв.! Я(т(<Х<,. : "<>ГЛ >С<)1,» II(ГO "Ст!)(J 1(ТВВ. ЕН(.— .;>1

I>; )! j, . < ".., >0<1(>I« 1(.;)(Д", ():. 030?t ) > 1 Р<1 ??????!?? ??(((i, <)<1 fi ??:;: ()>;! 4:! «:.(Млсй.::3 >Ib(вопр".

0L) р .) . < > .; Гc (МС жД" !if(!HОИ;1?< i <3Ь><. ! i <:<(. M.. <(И»

Усч рой Во р, ботает сле Ä IOlitHw образом (! исх<>.l tf(i!>t сос <)I>HHH (ранзисчopt: !. 2, ! 4. I, 8, > (3 (крыч ы, <> тl)а li 3и тор

;) (f(Р»(Т ! < III I! iI I! и<. !I lП(< I () На Пр Я Ж(! <» ! (i)H l3!) II?i1 К, 13< Зl lt I".!i»I<) ТО<(ОН, ПР(Ч (KH kÎIII И Х

-и р<з (. <исгиги<ь<с де,(и)(.<(II >,, ), !>), (6, и

2i. 4 (t>it пр"!31;;<псн(3!! На;<ени<. м на. ,(р»,KO(;?!5! >(а j)>,

I (; (>,, ! !!<<<

К -(- (? -, - (? <, )с- К ) -, >I>!!Ip5IiK(ни» > Крь(((а ни» 1 р<3 нзи(TopoB I it ! 4 т.с.

<П к:>ы!3;!>;<< >I Прин.l»K>lii lt» I p<3!3)H(!Îp 4

iI . >)t<1п1»п. !(. (. >< !>Иротн(зл()нис 0ÃO (((р(. -i, I с ) (хк . 3 !3 () I o!I

>i i l! i!(. > Il,> i!() 5I >f)(I lI(i K, 1 К ) 1(П И 51 т С (> !< > i < I 13 <1 (< Г, I <;> .. <,>1, -1 » - — - >) (, -(— »<) . (,> !

: «. с >(-:РЫВ,!t,>» yfè);III.!5(f0?t! ГО тРаиЗИСтО(»,- (, -.:,".(1< I! 1« <» т<>?:, I 1j)îòOK«?01öèÉ чер», 1),. !ГT)р 1,3,,), 4, (), переход К! ™(ект< р эмигт(р )ра(;зи<.тора (4. Как только па,(< ни(. и:!Нря кения fi; резисторах 4, 6 (или

3 5) 0»аз"(виется равным нацряжению на

It(!>< од> <>; <и э< .(тг< р транзистор:i

IH;!!I 2!. этог Триl!3>IOT<>J> открывается, увеличивается го к >л.чскт >рный ток и паде>Iи(!!., J)i)> !,." (рек<)дят ft линейH}IH !)< ж?1м !1<(!)HTû. !(О(

Е, (((и ра r(>j;;t "8 приводит K увсличени(0

)) ) J>;l t<!!1 <11 () OK.3 ГГ)а ч 3 и i Oj!it i 4 а СЛ(ДО-!

t>H<), i1 K(> I!((KTOj)t3()I") то?;H. В рез) JtbгdT(и )мсняс гся напряжение открывания < ра!>. <и< (ор(>13 и 2, а с,чедоватсльно, и выходи,>го на:rpf)ж< >(и», подаваемого на электроды Ift (вопр(образов; геля 2(3. Да,чьнейшее новы(II(Itè(Ill>(а(огцего напряже. <ия приводич к < Гк,:,! в;3)< >I i> " j)!3 (;1:"тОр013 7 и 8. ()т крь(>зани(" . ()(!Изис(<>ра 8, 1 та>iæå переход его (392499 из линейно! о режимы и р.жим нл t>llil(. HHH

f1pk1l30J351T K вариации f Jf) би1>ы IIOJIO>KHTC. If>.

ll0H обратной связи НO гону, 13К кгк 11(р(ход коллект«>р — — эмиттер ранзHcò(>ðà >) и p(dècтор 10 вклк>чеHbl параллельно резисгору 6.

11ереход коллектор — эм>(ттер (Гp,>н (истс>ра 7 включ H параллельно резистору 3 В цепи

oTpHll3TeJ!ьной обратной связи llo I33ifpH>K>J— ник). Таким образом, при изменении i»ITBfoЩего IIBIIPtf>KCHH5I осУ .He«TBaHeicti i)dPH;i«HH глуб>!ны положительной обр;пной связи по току и отрицательной обратной связи но наIIpH&eI!i!f0. Это, в свою очерсдь, приводит к из. 1(lieIIH kf и кл и Ii«lli PH>KBH и и Ь вкн . 1 нн«кл If токов I> 1.. вклк)чения и выключения, так и отрицательного дифференциальног0 сопротивления четь(рехполк>сника. Лбсолютнля величина отрицательного диффс ренциальног0 сопротивления по постоянному гoку /R--/ (BHза!33 с 133ffpHH(effHHI((и (l l ., Ь..л) И тОКаМИ (1"., !. л) ВКЛЮЧс НИrl И ВЫклк)чения устройства соотношенисм ! (!U.« — LI„...l ! н к.> — — I » hl I

Цепи, состоящие из транзисторов 7, 8 и резисторов 9, 10, осуществляют подстройку выходного отрицательного дифференциального сопротивления (Z — - (Р) =- — К "н +

+ PL- ) четырехполюсника до необходимой величины индуктивности (. -.

При повышении температуры на (Т напряжение н3 переходе база — эмиттер

Гран(исторов ()б- уменьн!гегся и станови!ся равным

1)бэ == 11б«н - 1,<„, Г, 1(1. б r) — нанря>кс HHC !33 ii(реход( база -эмиттер транзистора при 1 =20 (:, . 31.) .= ВЛТ вЂ” тем(!ературный дрсйф напряжения на 3(ереходс. база — -эм иттер;

F.— =«вЂ”=. - l,5 > МВ/ Град скорость измс н(131351 н«1 пряжения на переходе ба3d — эмитт(p, ВызВаннОГО температурными вариациямн.

ПоэтOMу вкл очсн>:е Tp3113licf0p(JB 1, 2 п()оИСХОД)П РаНЬШЕ П;:И МЕНЬ(НЕМ IIHTBIO(i((. НЛпряженин. В момент Включения c0i !iic y н— щего четыpe:<полюсHика Tðàíзисгоры l, 2 переходят из режима отсечки в линейный режим. Поэтому на температурный дрейф

Н «(П р5(ЖЕН ИЯ Л(..) нк > И TOKd .л1нкл ВКЛЮЧЕНИЯ основное влияние оказывает дрейф напряжений на перехода. . база -- эмиттер транзис(оров 1 > н лл = — ((! > (,3 (! бэ ); ((fнкл =- (1..> (.л(3бэ), 15;IO. et!3 выключения четырс хполюсника нлдени(: .анряжения на ре:(исторе 3 (k(gff 4)

ОК3 Ь!Ва(.TCH Р«>ВНЫМ Н IIIРЛЖС.НИЮ Н«> II(P(. Xofe база--эм>птер транзистора 2 (нли 1}> ток черсз рези(">оры 5, 6 практически равен нулю.

Тр itiзист()ры 1, 2 переходят из лин«иного режима раб>(>ты 8 режим насыщсния. ПоэТомх Н«! дрси(1) I!«Iiipяже1>ия >1 >нк>кл н 1(>,;(Л(.> Выключения оказыван)т влияние T(. мперлтурный дрейф 11311pÿiKCHHH на нерсходЛХ ()3 33 — Э..>нтт(р Л с б., В р; жн,((3;!С"

5 НИЯ И ДР(эйф КОЭф(1>3(ЦИЕ!110!3 5 С И.l(>HHH 110 T(>t« >

Л(> >рлнзистopoB:, (>н>н . == (1> (((бэ,), .(()), !н:«>, : 1J («) 1 fC> (> «3(>> )

В результате темпср,!турных вариации напряжение на коллекторе транзистора 2 уменьшается и транзн(торы 17, 18 призакры1(лются. Сопротивление перехода коллеkтор эмиттер К. транзистора 17 уB(,lkfчивлется, а действи. положительной обр;!Тной

СВЯЗИ IIO TOKV OC. «333,1H(ТСЯ. 3KBIII(«3, !(. >iTIIO(15 сопротивление

i>3.,! ->- >(бн> ((.—

К" i, + R»>+ Rg > I3(. .1H>li! 13d(3 (H. 1 0», Ifp0 f eh«I!Off(kfif Ч(рс.i

Ву(О цепь транзистора 2, уменьц!аегся «L.!и

2О открывания транзисторы 2, уменьtiid(tcH.

Для открывания транзистора 2 необходимо увеличить питающее напряжение, т.е. осуществляется компенсация температурно! 0 дрейфа. Призакрывание транзистора 18

l1PHBO1ИТ К УВЕЛИЧЕНИЮ СОПРОТИВЛЕНИЯ 10 перехода коллектор --- эмиттср R" I>(. Ток. протекающий через резистор 21, нерсход коллектор- эмиттер транзистора 18, резисторы Кб, R), уменьшается. Поэтому для вклюЧ(>IIH53 уст(>ойсTB3 H(«бходимо 3 13В.Т!3 IHTI IIH- лн)щее напряжение. Таким образом осуществляется терм; компенсация др(йфл пряж(IIH t1 н TOK(!13 13KJI IO>fefl H >1 И Bblh. l!Î×(I3ИH

Увеличение т(мпературь(окружак)щей

cpå Tû IIpHBoдит ii(> тольк > h смещенин> вольт-амперных хлр;1кгерисгик сог.!асан:щего «eTbi peK110 ii foe HHK;i вдоль оси на и ряжеliHil ВЛ(.BO, HO И К ИЗМ(.13(. НИЮ НОЛ(ожс)>1(Я рабочей точки. При работе четырехполюсника с отрицательным дифференциальным сопротивлением в качестве согласун)щего

4О устройства используется линейный режим работы, т.е. выполняется неравенстно нилл

1(б 11 1 f R(> R>«e g 3- Rzg . Прн этом изизменс ння cоо»lñ>ill(!ièÿ межд) актиBtioI"f

С С(ЛВЛян)!цсй ОтрицатЕЛЬНОГО дифферс ill(H

;>льнс>Г ) сонротив ietfHH ((--, H coiil>0(HI>, нием P() возможеll переход соглас3 юн!(г > четырехполюсникл нз линейног0 режим;( работы В нелинейный режим, В результ;!те чего изменяетсH не только л)(п>)ит).3(3, и> и форма выходного сигнала у>!ь! р;>зн)5р кового пьезоп реобр;>.30B«i Г(ли (f (>(>I,i предотвратить подобный пс рех(>,f, i!Ос. тельно с резистором R,> вклк)чен перехо;1 коллектор — эмиттер транзистора 19. Повын>(—

HIfe температуры приводит к умеtlbiileн! н напряжения на коллекторе Tp3tfaHcT(>p;I 2, н результате чего транзистор 19 призлкрынлется, collpoTHBление R« nepexoj(3 ко.l.l ктор — эмиттер транзистора 19 увеличивается, следовательно, воip3cTacT общее сопротив

1392499

Формула изобретена.гг (.останитеть И (,околон

Релактор )! Рь<г> <енко Техрел И. Bep<.c Корректор,

Закал IHII5,)51) Тираж 847 1!олнисное

Б11!1!111И I <)«x,l;)I)<:t t>< tttt<)t о комитета ГДХР ио ле.t;)I>< t< ний и <» крьпий

l I К>ЗЗ>, M()it<><), Ж З5, P;tatП, л 4 З

I1I)<)è поли грани<скос нрелнриигие. < У кг<)рол, Ха 11ро(t Tt, 1 ление Й<>=Rz;, 1->тт- <и, включенное последонательно с согласующим четырехполю«ником и задаюгцее положение рабочей чочкп.

При этом устройство при изменении температуры остается в линейном режиме работы.

Изобретение позволяет термокомпенсировать дрейф напряжений и токов включения и выключения согласующего устройства, а также стабилизировать режим его работы в широком диапазоне температур.

Согласующее устройство для ультразвукового пьезопреобразонателя, содержа шее первый н второй транзисторы п-р-и и р-и-р-типа с резисторами н ко.члекторных цепях, включенные между шиной питания н «зем,7«й» Il l<7.7.l«.>I, «7! < ih3шим для подключения ультразвукового пьезопреобразовытеля, резистор, включенный между коллектором первого транзистора и 20 базой второго транзисторы, резистор, включенный между коллектором второго транзистора и базой первого транзистора, две цепи, кыждая из которых «о«топт из транзистора п-р-п-типа и резистора в коллекторной пепи, 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 ре- 30 зистора в коллекторной пепи 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 менного резистора соединены соответственно с положительным полюсом источника питания и «землей», управляющий транзистор и-р-и-типа — с резистором в цепи базы, соединенным с «землей», эмиттер управляюшего транзистора соединен с базой первого транзистора, резистор, включенный между коллектором и базой управляюшего транзистора, коллектор управляющего транзистора соединен с базой второго транзистора, а база управляющего транзистора является нходом согл а сующего устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения температурной стабильности передаточной функции согласующего устройства за счет компенсации температурного дрейфы 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 доно.чнительного транзистора, эмиттер второго дополнительного транзистора соединен с базой первого транзистора, двумя резисторами, включенными соответственно между базой и коллектором второго дополнительного транзистора и шиной питания, двумя резисторами, включенными между базами первого и второго дополнительных транзисторов и коллектором второго транзистора, эмиттер третьего дополнительного транзистора соединен с шиной 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.