Ajuste de impedancia vs. ganancia de voltaje

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Tengo un sistema de ultrasonido que funciona en el rango de 1-10MHz:

Pulser - > Circuito de sintonización - > Transductor - > Circuito de sintonización - > Amplificador de voltaje

El objetivo es que estoy tratando de optimizar los circuitos de sintonización para obtener la máxima señal en el amplificador de voltaje, como lo mide un osciloscopio. Hasta ahora, he intentado diferentes circuitos de ajuste de impedancia adaptada y no adaptada de impedancia, y lo que he encontrado es que los circuitos adaptados de impedancia obtienen los mejores resultados. Es decir, cuando Zi = R-jX y Zo = R + jX. Los circuitos de sintonización que estoy usando son circuitos básicos de L-match.

Lo que me pregunto entonces es: ¿mis resultados experimentales de que la igualación de impedancia obtiene la señal máxima están en línea con la teoría? Soy consciente de que la coincidencia de impedancia crea una transferencia de potencia máxima, pero la tensión máxima es cuando Zi = 0 y Zo = inf, por lo que estoy confundido sobre por qué la transferencia de potencia máxima obtiene la tensión máxima en mis experimentos. Pensé que el circuito de sintonización que maximizaba Zo en relación con Zi daría como resultado un voltaje máximo. En nuestro sistema, las huellas son lo suficientemente cortas como para que las reflexiones no sean un problema.

Un circuito de ejemplo en la cadena de recepción sería así: Transductor - > Circuito de sintonización - > Impedancia de entrada del amplificador de voltaje Que podría tener este aspecto

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Entonces, Zi es la combinación en serie de Rsource & 2 mayúsculas, y Zo es la combinación paralela de L y R2.

    
pregunta WHL

3 respuestas

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Considera este LowNoiseAmplifier:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Z (2,000 pF a 10MHz) = -j7.5 ohms

Debes coincidir.

    
respondido por el analogsystemsrf
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En primer lugar, creo que el modelo de su transductor es incorrecto, por lo general se ven como una serie RLC más una derivación C, no solo una serie RC.

A continuación, para el lado de recepción, es probable que desee igualar el ruido mínimo, no la potencia máxima, por lo general no son la misma impedancia.

Un aumento de impedancia L coincida producirá más voltaje en su salida que en la entrada, por un factor de su Q cargada y para una carga resistiva, más potencia en la carga significa más voltaje en la carga.

Claro que puede diseñar un amplificador de banda ancha de alta Z y colgarlo directamente en el transductor (en realidad, un enfoque bastante común en los sistemas de banda ancha, pero sorprendentemente difícil de corregir, y el cable entre el transductor y el amplificador puede ser problemático), pero en un sistema de banda estrecha, la coincidencia con la amplitud de ruido del amplificador puede hacer que disminuya significativamente el ruido general.

    
respondido por el Dan Mills
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Ya que está transfiriendo potencia, las impedancias emparejadas siempre producen la potencia de salida máxima. Esto siempre se aplica a sistemas lineales.

Respuesta corta

Tiene una transferencia de potencia máxima cuando el voltaje es del 50% de la fuente de voltaje sin carga. Por lo tanto, nunca está intentando maximizar el voltaje, sino alcanzar el 50% de la fuente sin carga con una impedancia combinada conjugada.

Otros datos misceláneos sobre MPPT

En el caso de fuentes no lineales, como diodos o fuentes de corriente, la transferencia de potencia máxima se produce cuando la impedancia incremental de la fuente coincide con la impedancia de carga incremental. Para Z no reactivo, llamamos a esto ESR y para arreglos PV no lineales, el MPPT generalmente en la raíz cúbica de 50% Voc o la línea de carga Voc / Isc. pero como Isc cambia con la solaridad de 0 a algún Imax, la impedancia incremental de la fuente tiene su efecto de cambiar de la raíz cuadrada de 50% = 70% para la potencia solar baja a la 4ª raíz de energía del 50% = 84% para la potencia solar más alta. (de mi investigación, lo siento, no hay referencias)

otro

Sin embargo, la pérdida de la fuente también será igual a la pérdida de carga, por lo que minimizar tanto donde sea posible mejora la potencia máxima para cualquier voltaje de alimentación dado.

Usted está convirtiendo la potencia de CC en movimiento mecánico de cristal piezoeléctrico y siempre habrá una pérdida de conversión definida por el ESR de cristal de carga (resistencia en serie efectiva en f). Por lo tanto, minimizar las pérdidas de cables y conmutadores garantiza que obtenga la mayor cantidad de salida.

Los dispositivos de ultrasonido piezoeléctrico, como todos los cristales y resonadores cerámicos, están definidos por al menos un parámetro discreto RL-Cs // Cp y no un resistor simple, por lo que está implícito el emparejamiento de impedancia conjugada (que es un tema más importante) pero el concepto principal Aquí es al menos igualar las resistencias. Para examinar su cct. el filtro presenta una impedancia a la carga de RLC de (10R + 30nF) // 1uH que resuena a 3MHz y | X (f) | para ~ 19 ohmios a 0 grados en la resonancia LC. El filtro BW & el tiempo de subida se puede derivar de Q = | X (f) | / R = 19/10 = 1.9 .. donde X (f) = 2pi * 3MHz * 1uH = 19 ohms. Aquí, una Q baja proporciona un ancho de banda amplio o un tiempo de subida rápido, una característica deseable.

No sabemos Z (f) (piezo) o la potencia máxima que puede manejar, por lo que no puedo juzgar qué es óptimo, pero a veces, no se desea una transferencia de potencia máxima, sino una menor impedancia de la fuente, por lo que las variaciones de carga sí lo hacen. No afecta a la tensión de carga.

  

En este caso, la fuente es mucho menor que la carga R que se muestra, por lo que hay otros factores además de la transferencia de potencia máxima, como la regulación de la carga, como en AC & Fuentes de alimentación de CC donde la fuente siempre es < La carga del 10% Z y en el caso del 1% de la fuente de regulación Z es de aproximadamente el 1% de la carga y en el caso de la red de CA puede ser del 8 ~ 10% del mínimo. La carga Z, pero luego el diseño de red con cambiadores de tomas se adaptan a las fluctuaciones de la carga para ofrecer una mejor regulación de la carga.

La razón de la coincidencia es importante porque la potencia se refleja de nuevo en la fuente si las impedancias de la interfaz no coinciden, lo que da como resultado una menor potencia hacia adelante. Estos se explican mediante una comprensión de los parámetros de dispersión o de parámetros de s, como s11 s21 y s22, la pérdida de retorno de entrada, la pérdida de transmisión y la pérdida de retorno reflejada de salida.

Al no tener carga, sin duda le proporciona un voltaje de salida máximo, pero no se realiza ningún trabajo ni se transfiere potencia ni energía.

  

Siempre que haya retrasos en el tiempo en un canal, los reflejos de las impedancias no coincidentes pueden causar imágenes fantasma. Pero entonces tu eficiencia de energía es de 50% en el mejor de los casos. Esta es la forma en que funcionan los sistemas de RF para evitar ecos, imágenes fantasma o timbres en portadoras pulsadas. Dado que la carga también depende del acoplamiento acústico de las ondas ultrasónicas al objetivo, y de la impedancia de carga del objetivo, esto también debe considerarse cuando se deben evitar los artefactos de imagen de alta resolución o los blancos de bogey. Esta es una de las razones por las que los buscadores de peces no pueden trabajar cerca del casco del barco, ya que esa interfaz causa algunos reflejos fuertes que deben ser enmascarados. (cerrado)

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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