Comprensión de un circuito piezoeléctrico ultrasónico

Question

[Descargo de responsabilidad: Estoy bien con la electrónica digital, pero un poco novato con cosas analógicas. Dado que este circuito es a) bastante simple y b) todavía cubre ambas áreas, tenía la esperanza de que alguien aquí me podría ayudar a aclarar algunas cosas].

He encontrado este circuito para controlar un transductor ultrasónico:

originalmente de http://blog.mbedded.ninja/electronics/components/piezos . También se menciona un circuito similar en https://electronics.stackexchange.com/a/22058/30433 .

Esto se ajusta perfectamente a mi escenario de aplicación, pero tengo un par de preguntas:

1. ¿Por qué no hay un diodo entre el circuito LC y el carril de alimentación? ¿La bobina no provocaría picos de tensión en la línea de alimentación?

2. Por lo que tengo entendido, también podría utilizar un MOSFET en lugar del BJT (siempre que también pueda hacer frente a los picos de tensión de la bobina), ¿es correcto? En ese caso, también puedo deshacerme de R1, ¿correcto?

3. La frecuencia objetivo en mi aplicación está en el rango de 19 - 21 kHz (ligeramente variable, el PWM se ajustará en consecuencia). ¿Debo tratar de sintonizar el circuito LC a la frecuencia central de 20 kHz, o es una pérdida de esfuerzo?

Answer 1

1. ¿Por qué no hay un diodo entre el circuito LC y el carril de alimentación? ¿La bobina no provocaría picos de tensión en la línea de alimentación?

• Dado que el dispositivo piezoeléctrico es un condensador (no lineal) desde el punto de vista eléctrico, por lo que impide la \$V_\mathrm{CE}\$ de \$T_1\$ para elevarse hacia el infinito. Precisamente, durante \$T_1\$ fase de desconexión, la tensión \$V_\mathrm{L_1}\$ tiende a aumentar ya que el inductor tiende a mantener su energía magnética almacenada manteniendo un flujo de corriente \$I_\mathrm{L_1}\$ a través de su terminal: sin embargo, como \$L_1\$ se conecta en paralelo a \$LS_1\$ el dispositivo piezoeléctrico absorbe la siguiente corriente $$ I_{LS_1}=\frac{\mathrm{d}(C_\mathrm{LS_1}V_\mathrm{LS_1})}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}(C_\mathrm{LS_1}V_\mathrm{L_1})}{\mathrm{d}t} $$ La corriente absorbida limita el aumento de la tensión Colector-Emisor \$V_\mathrm{CE}\$ de \$T_1\$ .

2. Por lo que tengo entendido, también podría utilizar un MOSFET en lugar del BJT (siempre que también pueda hacer frente a los picos de tensión de la bobina), ¿es correcto? En ese caso, también puedo deshacerme de R1, ¿correcto?

• Sí, puede utilizar un MOSFET (nivel lógico) es decir, un dispositivo MOSFET que está totalmente encendido a \$V_\mathrm{GS}=+5\mathrm{V}\$ . Sin embargo no eliminar completamente \$R_1\$ puede reducirse a 1/20 del valor real, dependiendo de la capacidad de conducción de corriente de la etapa de accionamiento de la puerta, pero debe estar presente para limitar la corriente de irrupción de la puerta del MOSFET.

3. La frecuencia objetivo en mi aplicación está en el rango de 19 - 21 kHz (ligeramente variable, el PWM se ajustará en consecuencia). ¿Debo tratar de sintonizar el circuito LC a la frecuencia central de 20 kHz, o es una pérdida de esfuerzo?

• Al sintonizar el circuito disminuye la corriente de colector de \$T_1\$ : por lo tanto, depende de ti buscar o no la frecuencia de resonancia de la carga BJT. Si la disipación de potencia no es crítica, puede evitar la complicación de un circuito de auto sintonización (esto no es posible si usted está conduciendo un actuador piezoeléctrico): recuerde que tal circuito debe incluir una resistencia de derivación de medición de corriente de precisión y la pista (s) para medir el voltaje a través de él por el microcontrolador.