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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Amplificateur haute tension pour la commande d'éléments piézoélectriques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Concepteur radioamateur Les convertisseurs piézoélectriques en céramique d'un signal électrique en mouvement mécanique sont utilisés dans les équipements de mesure et les systèmes optiques. Ces convertisseurs doivent être alimentés par des impulsions de tension d'amplitude importante (jusqu'à 100 V). L'amplificateur décrit dans l'article permet de résoudre ce problème. La fréquence de résonance naturelle des transducteurs de déplacement de signal piézoélectrique utilisés dans les systèmes d'instruments pour une reproduction précise du mouvement va de l'unité à des dizaines de kilohertz, et leur propre capacité va de dizaines de milliers à des centaines de milliers de picofarads. Ces caractéristiques de charge doivent être prises en compte lors de la conception des amplificateurs afin de garantir la stabilité du système dans son ensemble. La théorie et la pratique de la construction de systèmes basés sur de tels convertisseurs sont présentées en détail dans [1]. La bande passante de fréquence de l'amplificateur dans la région linéaire doit être plusieurs fois supérieure à la fréquence de résonance naturelle du convertisseur. Dans ce cas, lorsqu'il est utilisé dans un amplificateur à rétroaction de tension, il supprimera les oscillations résonantes du convertisseur lors du traitement de la commande. Le signal d'entrée est envoyé à l'entrée d'un amplificateur différentiel assemblé à l'ampli-op DA1 (voir schéma), ce qui permet de réduire les interférences de mode commun. Les résistances R1, R2 et R3, R4 doivent être appariées en fonction de la résistance avec une précision d'au moins 0,1 %.
Avec le signal amplifié, le signal OS du diviseur résistif R2R7, connecté en parallèle avec la charge BQ10, est envoyé à l'entrée inverseuse de l'ampli opérationnel DA5 via la résistance R1. La valeur nominale du signal à l'entrée de l'amplificateur DA1 avec les valeurs des résistances R1-R7, R10 indiquées dans le schéma est de 5 V, la tension de sortie à la charge sera de 100 V. La variation du gain dans la bande passante ne dépasse pas +20 %, ce qui est tout à fait acceptable pour l'application décrite de l'amplificateur. Le circuit de correction OS R9C2 élimine l'auto-excitation de l'amplificateur RF en raison de la présence de sa propre capacité des transistors de l'étage de sortie. Le gain de l'ampli opérationnel DA2 dans cette région de fréquence dépend du rapport R9/R6. Il est recommandé de choisir ce rapport inférieur ou égal à l'unité, et la capacité du condensateur C2 doit être minimale, mais veiller à l'absence d'auto-excitation de l'amplificateur. L'influence de ce circuit sur les basses fréquences est très faible. La partie haute tension de l'appareil se compose d'un préamplificateur (VT1-VT3) et d'un amplificateur de puissance (VT4-VT7). Le préamplificateur est assemblé à l'aide d'un circuit cascode utilisant des transistors de différentes structures [2] - VT1, VT2. Cela vous permet d'obtenir la puissance maximale du préamplificateur et de l'ensemble de l'amplificateur dans son ensemble. La charge de l'étage préamplificateur est la source de courant sur le transistor VT3. En l'absence de signal d'entrée, un courant d'environ 17 mA traverse les résistances R18, R1,2, et la chute de tension totale aux bornes de ces résistances est d'environ 1,5 V. Puisque cette tension est en réalité appliquée à la jonction émetteur des transistors VT4 et VT5, ils sont ouverts et traversent un courant de repos dans le circuit : VT4 (jonction émetteur), R22, R24, R25, R23, VT5 (jonction émetteur). Ce courant de repos est de 0,5 mA. Sa valeur a été choisie, d'une part, pour limiter la puissance dissipée par les transistors de sortie à un niveau leur permettant de fonctionner sans dissipateurs thermiques, et d'autre part, pour réduire la distorsion transitoire sans rétrécir la bande passante de fréquence. L'utilisation d'une source de courant comme charge de collecteur pour le transistor VT2 est due à plusieurs raisons. Le transducteur piézoélectrique en mode statique ne consomme pratiquement pas de courant (on peut supposer qu'il s'agit d'un condensateur), et pour maintenir une valeur de tension donnée à ses bornes, un étage d'amplification de puissance sur les transistors complémentaires VT4, VT5 est tout à fait suffisant. Lorsqu'une impulsion de commande (une oscillation de 0 à 5 V et retour à 0) est reçue à l'entrée de l'amplificateur, l'amplificateur de puissance doit rapidement charger la capacité de charge à 100 V, puis la décharger à zéro. Le taux de variation de la tension de sortie sera directement proportionnel au courant traversant le convertisseur BQ1. Lors de la charge, le courant circule du fil positif de l'alimentation, principalement à travers le transistor VT6, qui, avec le transistor VT4, forme un transistor composite. La décharge est assurée par le deuxième transistor composite VT5VT7. Lorsqu'une impulsion de commande de polarité négative est traitée, la charge se produit via les mêmes transistors - VT5, VT7. Les diodes VD8-VD13 et les résistances R24, R25 forment une unité permettant de limiter la valeur maximale du courant à la sortie de l'amplificateur pendant les processus transitoires d'une valeur d'environ 120 mA. Il convient de noter que cette unité ne protège pas contre les circuits de charge d'urgence à long terme. Lorsque la charge est court-circuitée, la puissance est dissipée sur les transistors de sortie - environ 15 W. Les diodes VD14, VD15 protègent les transistors de sortie des impulsions de tension provoquées par l'effet piézoélectrique direct. L'amplificateur utilise des résistances MLT ; condensateurs C1, C3, C5, C6 - K73-17 pour tension 160 V, C2, C4 - KM-6, C7 - mica ; L'ampli opérationnel KR544UD2A peut être remplacé par K140UD23A ou K140UD23B, et les transistors KT850B et KT851B peuvent être remplacés par 2T882A et 2T883A, respectivement. La configuration de l'amplificateur doit commencer par le charger avec un condensateur d'une capacité égale à la capacité propre du piézoélément, puis vérifier la stabilité de fonctionnement lorsqu'il est chargé par le piézoélément. Lors du test de l'amplificateur décrit, la charge était un élément piézoélectrique tubulaire d'une capacité intrinsèque de 0,01 μF en céramique TsTS-19. La bande passante de fréquence de l'amplificateur haute tension dans la région linéaire est de 60 kHz. Le taux d'augmentation de la tension de sortie lorsque la tension d'entrée passe progressivement de zéro à +5 V et chute à zéro est de 2 V/µs. littérature
Auteur : A. Orlov, Noginsk, région de Moscou
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