กำลังขับ transducers ล้ำเสียง 50W-250W ด้วยไซน์: แอมป์ Class B 135KHz ใด ๆ ?

โครงการของฉันต้องขับทรานสดิวเซอร์ piezoelectric transducer กำลังปานกลางจากคลื่นไซน์ ( / sawtooth ) เครื่องกวาดที่กวาด +/- 2% ของความถี่เรโซแนนท์ทรานสดิวเซอร์

คำถาม: อะไรคือตัวเลือกที่ง่ายที่สุดสำหรับการขับทรานสดิวเซอร์เหล่านี้จากสัญญาณที่มีรูปทรง DDS โดยมีความเพี้ยนต่ำ (5-10%)

1. ใช้ IC เพาเวอร์แอมป์ออกจากรางแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นพร้อมกับการระบายความร้อนจำนวนมากเพื่อขับตัวแปลงสัญญาณโดยตรง
2. ใช้เพาเวอร์แอมป์ IC จากนั้น (?) ขั้นตอนการขยายกระแสของทรานซิสเตอร์จากนั้นจึงเป็นหม้อแปลงสเต็ปอัพที่เหมาะสม (ต้องการความช่วยเหลือในการระบุ) เพื่อขับเคลื่อนตัวแปลงสัญญาณ
3. ใช้แอมพลิฟายเออร์กำลังสูงบางประเภท (ต้องการความช่วยเหลือในการระบุ) คลาส D ที่ไม่ต้องการการระบายความร้อนมาก ( แก้ไข: ไม่ใช่วิธีแก้ไข, ดูหมายเหตุ 7 )
4. ตัวเลือกอื่น ๆ ทั้งหมด
5. แก้ไข: จากคำแนะนำด้านล่างระบุโมดูลแอมพลิฟายเออร์ OEM ชั้นวางที่ตรงกับพารามิเตอร์และข้อ จำกัด

UPDATE: [15-Oct-2012] ตัวเลือก 5 ด้านบนนั้นน่าจะเป็นคำตอบที่ดีที่สุดหากโมดูล OEM ที่เหมาะสมหรือสองตัวเลือกสามารถชี้ให้เห็นได้ - ไม่พบในการวิจัยของฉัน ดังนั้นเปิดคำถามทิ้งไว้

การสร้างรูปแบบคลื่นแบบกวาดทำได้ผ่าน DDS IC, AD9850, เอกสารข้อมูลที่นี่: AD9850 CMOS 125 MHz สังเคราะห์ DDS ที่สมบูรณ์

หนึ่งในตัวแปลงสัญญาณที่มีให้ฉัน: 5938D-25LBPZT-4 ( Transducers ล้ำเสียงล้ำเสียง )

• ความถี่พ้อง: 25 KHz
• ความต้านทานพ้อง: 10-20 โอห์ม
• ความจุ: 5400 pf +/- 10%
• กำลังไฟฟ้าเข้า: 60W
• แผ่นข้อมูล: ฉันหวังว่าฉันจะหา!

ตัวแปลงสัญญาณจะเปลี่ยนเป็นกรณี ๆ ไปจาก 20KHz เป็น 135KHz แต่ละตัวในช่วง 50-250 วัตต์คล้ายกันในการออกแบบกับด้านบน

การออกแบบไดร์เวอร์ที่ฉันได้เห็นสำหรับทรานสดิวเซอร์เหล่านี้มักจะใช้การสลับเช่นคลื่นสี่เหลี่ยมเพื่อขับเคลื่อนพวกเขาขับ MOSFET ด้วย Vpp 100v ในบางกรณี! ( อุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าแบบนั้นหรือไม่ แก้ไข: อย่างชัดเจน)

ไดรเวอร์บางตัวใช้ตัวกรองที่ปรับช่องรับสัญญาณเพื่อกำหนดรูปแบบของคลื่นให้เป็นไซน์หรือประมาณนั้น

สิ่งนี้ใช้ไม่ได้กับวัตถุประสงค์ของฉันโชคไม่ดี - โครงการเป็นอุปกรณ์เดียวที่จะตรวจจับความถี่เรโซแนนท์ของทรานสดิวเซอร์ที่แนบมาในช่วงเต็ม 20-135KHz แล้วกวาดรอบความถี่พ้องแต่ละคลื่นด้วยคลื่นไซน์แรก ( แก้ไข:การลบข้อกำหนดนี้ออกไปเป็นสิ่งที่ไม่สามารถทำได้: จากนั้นก็เป็นสัญญาณของฟันเลื่อย ) ที่กำลังงานที่ระบุโดยปกติจะประมาณครึ่งหนึ่งของกำลังงานพิกัดของตัวแปลงสัญญาณ

ดังนั้นสิ่งที่ฉันกำลังมองหาคือภูมิปัญญาของชุมชนนี้ในการแนะนำวิธีการที่เป็นมิตรกับต้นแบบที่เหมาะสมในการรับรูปคลื่น DDS เหล่านั้นไปยังตัวแปลงสัญญาณ ขอบคุณทุกคน!

เพิ่มหมายเหตุบางส่วนตามความคิดเห็นและคำตอบที่ได้รับ:

1. ความแม่นยำของรูปคลื่นไม่ได้สำคัญมากการบิดเบือน 5% เป็นที่ยอมรับได้มาก ปัญหาเรื่องความร้อนและการสิ้นเปลืองพลังงานจากการกระจายในแอมพลิฟายเออร์เป็นเรื่องที่น่ากังวลมากขึ้น ค่าใช้จ่ายเป็นเรื่องสำคัญอย่างน้อยก็จนกว่าจะผ่านด่านต้นแบบ
2. มีการแนะนำว่าโมดูลเครื่องขยายเสียง OEM ที่สร้างไว้ล่วงหน้าที่เหมาะสมกับความต้องการอาจเป็นทางออกที่ดีที่สุดของฉัน ฉันยังคงหวังว่าจะมีทางเลือกเพิ่มเติมนอกเหนือจากและตรวจสอบตัวเลือกที่ฉันเสนอในคำถามของฉันดังนั้นจึงยังไม่ได้ทำเครื่องหมายคำตอบที่ยอมรับ
3. ไม่พบโมดูล OEM ออนไลน์ใด ๆ ซึ่งครอบคลุมช่วงความถี่ 20KHz ถึง 135KHz แม้จะมีเอาต์พุต 50 วัตต์ สิ่งที่แนะนำในการตอบสนองได้รับการออกแบบสำหรับ 3.5KHz และความถี่การสลับคือ 100KHz ( ทิ้งข้อกำหนดนี้ไว้: นอกจากนี้ฉันจะไม่ต้องการแบนด์วิดท์ที่สูงกว่านั้นเพื่อจัดการกับคลื่นลูกเลื่อยด้วยความแม่นยำระดับคร่าวๆหรือไม่ฉันอาจต้องข้ามข้อกำหนดฟันเลื่อย ผู้ตอบแบบสอบถามเห็นว่าการส่งมอบรูปคลื่นโดยพลการนั้นไม่สามารถบรรลุได้ในราคาที่สมเหตุสมผล )
4. วิธีการแนะนำใหม่คือคลาส B พร้อมข้อเสนอแนะ ข้อแม้ที่กล่าวถึงคือการกระจายสูงในเวทีเครื่องขยายเสียงนี้ ดังนั้นสองสิ่งที่แนบมากับคำถามของฉัน:
5. มีแอมพลิฟายเออร์ IC Class B แบบเสาหินเดียวที่อาจครอบคลุมช่วงความถี่ที่ต้องการ (20KHz ถึง 135KHz, ยอมแพ้กับคลื่นฟันเลื่อย) และความต้องการพลังงาน (สูงสุด 50 วัตต์)?
6. ช่วงกว้างของการกระจายความร้อนคืออะไรในระดับ B เช่นนี้ซึ่งเป็นเปอร์เซ็นต์ของการส่งพลังงานที่คาดไว้ไปยังตัวแปลงสัญญาณ
7. ใหม่เกี่ยวกับแอมพลิฟายเออร์ Class D, เสาหินหรือ OEM: พวกเขาจะต้องใช้ความถี่สวิตชิ่งของคำสั่งของ 800KHz หรือสูงกว่าเพื่อรองรับคลื่นไซน์ 100-135KHz ที่มี THD ที่เหมาะสม สำหรับความต้องการการบิดเบือน 5% ความถี่การสลับจะต้องสูงขึ้น ดูเหมือนว่าเพาเวอร์แอมป์ Class D ความถี่สูงนั้นไม่มีอยู่จริง

ลองเหล่านี้แอมป์เชิงเส้นที่ทำโดยเอเพ็กซ์ พวกเขาได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้อัลตร้าซาวด์

ในแอพพลิเคชั่น ultrasonics จำนวนมากคุณจะต้องทำงานกับความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นเกินกว่า 100V เพื่อส่งพลังเสียงที่เพียงพอให้กับสื่อ นี่คือเนื่องจากความต้านทานต่ำค่อนข้างทรานสดิวเซอร์ปัจจุบันไฟฟ้า การทำนายแรงดันไฟฟ้าที่คุณต้องใช้เพื่อให้ได้ความดันเสียงที่ตั้งไว้ แต่ถัดไปเป็นไปไม่ได้เนื่องจากฟังก์ชั่นการถ่ายโอนนั้นไม่สำคัญ

แอปพลิเคชั่นอัลตร้าซาวด์ส่วนใหญ่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับรูปแบบคลื่นกระตุ้นอย่างมาก นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมแอมพลิฟายเออร์หลายขั้นตอนจึงมีการกำหนดค่าแบบพุชพูลที่เรียบง่ายซึ่งให้เอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยม ข้อดีของพวกเขาคือสองเท่า:

1. สามารถขับเคลื่อนได้อย่างง่ายดายจากวงจรสร้างสัญญาณแรงดันต่ำ, และ
2. พวกเขากระจายพลังงานน้อยมากในองค์ประกอบการสลับซึ่งเป็นข้อ จำกัด การออกแบบทั่วไป (เนื่องจากความจริงที่ว่าอัลตร้าซาวด์ทรานสดิวเซอร์นั้นค่อนข้างแคบ, การกระจายพลังงานจะเปลี่ยนไปที่สายเคเบิลและทรานสดิวเซอร์บ่อยครั้งที่การทำความเย็นทรานสดิวเซอร์นั้นง่ายกว่ามาก)

ในสถานการณ์ที่สัญญาณคลื่นมีความสำคัญขั้นตอนของแอมพลิฟายเออร์ที่ฉันพบในอดีตคือการกำหนดค่าแบบพุชพูลคลาส B พร้อมข้อเสนอแนะเชิงลบเพื่อหลีกเลี่ยงความผิดเพี้ยนแบบไขว้ที่ป้อนจากรางไฟฟ้าแรงสูง ฟังดูแล้วว่านี่เป็นวิธีที่จะไปในสถานการณ์ของคุณ หมายเหตุ: จะไม่มีการกระจายพลังงานที่ไม่สำคัญในองค์ประกอบการสลับของคุณ

ฉันคิดว่าPiezo Systems EPA-104-115เหมาะกับเกณฑ์ทั้งหมดของคุณยกเว้นเกณฑ์ราคาต่ำ มีค่าใช้จ่าย $ 2,639

AA Lab ระบบ A-301HSยังอาจจะพอดีและน่าจะเป็นถูกเป็นคุณจะพบ ฉันเห็นหนึ่งรายการบนอีเบย์ในราคา $ 975

การค้นหาpiezo driverหรือpiezo linear amplifierไม่ทำให้เกิดสิ่งที่แพงขึ้นในการค้นหาของฉัน แต่อย่าลังเลที่จะตรวจสอบตัวเองอีกครั้ง

คุณอาจต้องการอ่านบทความนี้เขียนโดยห้องปฏิบัติการที่สร้างไดรเวอร์ที่ราคาไม่แพงสำหรับตัวกระตุ้นแบบเพียโซ น่าเสียดายที่ไดรเวอร์ของพวกเขาอยู่ในช่วง 1kHz แต่จบด้วยการแนะนำวิธีการบางอย่างที่อาจทำให้ kHz สูงขึ้น ในทางกลับกันพวกเขากล่าวว่าพวกเขาไม่แน่ใจว่าจะหาชิ้นส่วนที่สามารถจัดการกับความถี่ที่สูงขึ้นได้อย่างไร แต่อาจเป็นประโยชน์ในการอ่านเพื่อทำความเข้าใจว่าอะไรที่ทำให้ความถี่สูงขึ้นนั้นยากและอาจนำไปสู่การแก้ไขด้วยความเพียร

ก่อนอื่นคุณต้องมีแรงดันไฟฟ้าตามคำสั่งของ 100V peak (70.7V RMS) เพื่อขับ 250W ไปที่20Ω

คุณสามารถซื้อโมดูลเครื่องขยายเสียง OEM ที่ครอบคลุมช่วงกำลังและความถี่ที่คุณสนใจ นี่อาจเป็นทางออกที่ดีที่สุดของคุณในการทำให้ต้นแบบทำงานได้อย่างรวดเร็วโดยมีความเสี่ยงต่ำ มันอาจเป็นหนทางไปสู่การผลิตเช่นกัน ให้แน่ใจว่าได้เลือกหน่วยที่สามารถจัดการกับโหลด capacitive

นี่คือตัวอย่างหนึ่ง น่าสนใจฉันพบว่าโมดูลเครื่องขยายเสียงพลังเสียงสมัยนี้เกือบจะเป็น class-D โดยเฉพาะกับแบนด์วิดท์ที่ จำกัด ที่ 10 kHz เมื่อฉันดูครั้งสุดท้ายเมื่อหลายปีก่อนพวกเขาเป็นคลาส AB และมีแบนด์วิดท์ 100s kHz อย่าลืมใส่ "piezo" หรือ "ultrasonic" ในคำค้นหาของคุณ

ฉันจะสังเกตว่าตัวแปลงสัญญาณคอมโพสิตแบบ piezo หรือ piezo แบบดั้งเดิมมีแบนด์วิดท์ประมาณ 20% (อาจเป็นอ็อกเทฟที่มีเครือข่ายการจับคู่ที่ค่อนข้างง่ายสำหรับการปรับจูน) มีเหตุผลที่ทุกคนทำไดรฟ์คลื่นสี่เหลี่ยม เพียงแค่มีแบนด์วิดท์ไม่เพียงพอที่จะทำซ้ำสิ่งอื่น ๆ แล้วคลื่นไซน์มันไม่สำคัญว่ารูปคลื่นของไดรฟ์คือตัวแปลงสัญญาณจะส่งผ่านมันไปเป็นคลื่นไซน์ ....

ยิ่งไปกว่านั้นภายในแบนด์วิดท์ความล่าช้าของกลุ่มแตกต่างกันอย่างมากจนถึงจุดที่แม้การใส่พัลส์หลายรอบอย่างสมเหตุสมผลลงไปในน้ำก็ยากพอที่พอลดั๊สเคยใช้เพื่อสาธิตการหลอกล่อปาร์ตี้ (เช่นการระเบิดคลื่นไซน์ )

ฉันขอแนะนำว่าไม่ว่าคุณจะทำอะไรตัวต้านทานพลังงาน (ไม่กี่โอห์มหรือน้อย) ในซีรีส์ที่มีแอมพลิฟายเออร์เอาท์พุทจะเป็นแนวคิดที่ดีที่จะช่วยให้ระยะห่างของเฟส

มีแอมป์เสียงที่จะทำสิ่งที่คุณต้องการ แต่ราคาถูก? ไม่มากและอย่างที่ฉันบอกว่าสะพาน H คือทั้งหมดที่คุณต้องการจริงๆเพราะข้อ จำกัด ของตัวแปลงสัญญาณ (ข้อยกเว้นคือหลายโทนเสียงภายในแบนด์วิดท์ที่มีอยู่ซึ่ง intermod อาจเป็นปัญหา)

คลาส D กับ GaN อาจเป็นตัวเลือก แต่ไม่มีใครมีผลิตภัณฑ์จริงๆ

ขอแสดงความนับถือแดน