Excitación del transductor de ultrasonidos: frecuencia, tipo de transistor

Question

Actualmente trabajo en mi proyecto de ultrasonido. Necesito excitar mi transductor Olympus V305-SU-F con pulsos de pico de -100 V. Por desgracia, Olympus no proporciona ningún tipo de hoja de datos. Sólo conozco el valor de la impedancia - 50 ohmios para la frecuencia de resonancia (2,25 MHz). Mi circuito será alimentado por el convertidor DC/DC MAX5025.

Quiero utilizar el siguiente circuito para la excitación:

Al principio el C1 se carga al valor Vcc a través de R2,R1 y T1 está cerrado. T1 conducirá después de un corto impulso positivo a su base y C1 se descarga en el transductor X.

PERO, ¿cómo puedo determinar la frecuencia de los impulsos? ¿Está dada por la capacidad de C1? ¿Así que si quiero un pulso de 2,25 MHz necesito un pulso con una duración de unos 0,44 ns?

En la descripción del circuito anterior, se dice que necesito un transistor de avalancha. ¿Por qué? Todavía no entiendo cómo afectará el tipo de transistor a la velocidad de descarga de C1.

Answer 1

Quiero empezar aclarando un par de errores. 1) El período de tiempo para un 2,25 mHz es 0,444 us o 444 ns. 2) La frecuencia de funcionamiento está determinada por el frecuencia de la señal de entrada no por C1, R1, R3, etc.

Es correcto que cuando T1 es fuera de (no conduciendo), C1 "intenta" cargarse (a través de R2 y Rdis) a Vcc. Sin embargo, cuando T1 en en (conducción completa), C1 se descarga a través del transductor X en serie con R3 con R1 en paralelo pero lo suficientemente alto como para ser ignorado.
Como la carga y la descarga están determinadas por las respectivas constantes de tiempo RC, si el tiempo entre los pulsos de entrada es "demasiado corto", C1 no se cargará hasta el valor máximo porque se descargará tan pronto como T1 se encienda.
Normalmente, hay que permitir 5 Constantes de tiempo RC para cargar y descargar completamente un condensador. Así, para que el condensador se cargue completamente, ((R2 + Rdis) X C1) X 5 > 247 ns, y para que se descargue completamente ((50 + R3) X C1) X 5 < 197 ns.
He asignado arbitrariamente más tiempo a la carga (247 ns) y el restante (197 ns) a la descarga. Así, la señal de entrada debería ser en durante 197 ns, y fuera de durante 247 ns. Tendrás que "jugar" con los valores de C1, R1, R2 y R3, para cumplir con los tiempos de subida y bajada requeridos.
Con respecto al transistor de "avalancha", lo único que se me ocurre es que tienen tiempos de respuesta "más agudos", por lo tanto, la señal de salida tendría bordes "más agudos".

EDIT: Después de descansar un rato, he vuelto a tu circuito y he hecho una "primera pasada" para determinar los valores de los componentes relacionados y son:

R3 = 10 ohmios; R1 = 6k ohmios; R2 = 15 ohmios; y C1 = 658,8 pf

Answer 2

Un circuito bastante estándar sería utilizar un MOSFET P-Ch y N-Ch en una configuración de medio puente. Algo así:

Fuente de la imagen

Puedes comprar (como se muestra en ese circuito) CIs que consisten en MOSFETs complementarios de alto voltaje, y también controladores de MOSFETs integrados.

Alternativamente, puedes construir ese circuito más o menos como se muestra a partir de componentes discretos.

Esencialmente, el circuito primero cambia de nivel utilizando un controlador MOSFET de una señal de nivel lógico a algún lugar en la región de las señales de accionamiento de 10V para las puertas MOSFET. A continuación, éstas se acoplan capacitivamente a las puertas del MOSFET. Este acoplamiento permite que la puerta se vuelva a polarizar con los carriles de la fuente de alimentación de los MOSFETs (por ejemplo, +/-100V) y también proporciona cierto aislamiento entre la baja y la alta tensión.

Las puertas del MOSFET tienen resistencias de la puerta a la fuente, así como un diodo zener. Este par es lo que (a) proporciona la polarización a las señales de control, y (b) protege la puerta de la sobretensión.

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Hay muchos dispositivos similares a los mostrados, incluidos los pulsadores integrados que tienen toda la cadena incorporada. Esta topología es bastante estándar, aunque es frecuente ver más de un medio puente conectado para formar un pulsador de 3 o incluso 5 niveles.

Si sólo se necesita un pulso unipolar, se puede omitir el carril de alimentación negativo, conectando la fuente NMOS a tierra en lugar de una tensión negativa. Esto le daría un pulso unipolar positivo. Si necesitas un pulso negativo, puedes polarizar el otro lado del XDR a +100V, o podrías conectar -100V al NMOS y 0V al PMOS.