2. Импульсный генератор для возбуждения пьезоэлектрического излучателя

Д ля увеличения эффективности получения пьезоэлектрического излучателя на его резонансной частоте пьезопреобразователь, обладающий собственной емкостью С₀, включается последовательно в колебательный контур, состоящий, помимо ёмкости преобразователя, из индуктивности L и сопротивления R₁. Типичная схема генератора импульсов на основе тиристоров представлена на рис. 8.

Рис. 8

В начальный момент тиристор закрыт и конденсатор C₁ заряжен. При подаче на электрод тиристора поджигающего напряжения, момент которого является моментом начала синхронизации, тиристор отпирается и происходит разряд конденсатора C₁, вследствие чего наблюдается мощный импульс тока через цепь LR₁, и на пьезоизлучатель подается импульс напряжения с амплитудой, приблизительно равной одной трети напряжения источника питания Е.

Расчет импульсного генератора указанного типа заключается в выборе величины напряжения источника питания, расчете элементов контура L, R₁, а также расчёте элементов схемы, определяющих режим её работы и параметры электрических возбуждающих импульсов.

Элементы ударного контура выбираются так, чтобы резонансная частота контура соответствовала резонансной частоте излучателя f₀. Это достигается путем выбора соответствующей величины индуктивности L. На частоте резонанса сопротивление контура равно нулю:

где ω_p = 2 ∙ π ∙ f_Р – резонансная частота преобразователя;

C₀ – электрическая ёмкость преобразователя.

ω_Р = 84400 Гц

L = 1 / 84400² ∙ 4.449 ∙ 10^-8 = 3,158 ∙ 10^-3 Гн

Длительность электрического импульса, поступающего на преоб­разователь, определяется постоянной времени цепи С₁Z_конт, где Z_конт – полное внутреннее сопротивление контура. Максимальная ёмкость конденсатора C₁ ограничивается предельной величиной импульса тока, проходящего через тиристор в момент его разряда, а также длительностью генерируемых импульсов. Обычно величина емкости С₁ выбирается

С₁  3  C₀

С₁ ≈ 3  4.449 ∙ 10^-8 = 13.35 ∙ 10^-8 Ф

Дополнительное сопротивление контура R₁ выбирают с целью умень­шить длительность возбуждающего импульса из условия

R₁ =  / Q

где  = L / C₀ – волновое сопротивление контура;

Q – добротность контура, которая в большинстве ультразвуковых измерительных приборов выбирается равной от 1 до 5.

 = 3.157 ∙ 10^-3 / 4.447 ∙ 10^-8 = 266.411 Ом

R₁ = 266.411 / 1.622 = 164.248 Ом

Величина сопротивления R₂ определяется тем условием, что постоянная времени цепи τ должна быть в несколько раз меньше времени между импульсами синхронизации (поджигающими импульсами). Частота импульсов синхронизации (частота посылок) у приборов, работающих от сети, как правило, бывает равной 50 – 100 Гц. Величина R₂ должна быть такой, чтобы после разряда конденсатора С₁ в промежуток времени до прихода на его сетку следующего импульса синхронизации тиристор успел погаснуть и стать запертым. Постоянная времени τ = R₂ C₁ обычно имеет величину порядка τ = 1000 мкс.

R₂ = 10^-3/ 13.34 ∙ 10^-8 = 0.75 ∙ 10⁴ Ом

Величины сопротивлений R₃, R₄, R₅ определяются оптимальными режимами работы схемы, в частности, типом тиристора.

Задающий генератор, создающий импульсы синхронизации, может быть собран в виде мультивибратора на базе операционного усилителя или в виде схемы-формирователя синхроимпульсов из синусоидального напряжения сети. Задающий генератор может также использоваться для запуска генератора разведки.