Простой догчейзер

[Andrey_B]

Вступление.

FAKIR писал(а):

Никто вам не мешает разместить здесь, или оформить статьёй свою схему эффективного догчейзера.

Ну если целый Модератор рекомендует, размещаю. Но не в теме, где не слышат рациональные доводы, а в неудобных вопросах видят только подвох или личные нападки.

Мотив. Сложное мостовое решение как-то неинтересно и предсказуемо заработало.
А ведь радиолюбительство, это в первую очередь интересные задачи, требующие ощутимых усилий. Решение таких задач и приносит удовольствие. Значит рискнем кармой, возьмём новую цель, как озвучивалось выше, чем проще - тем лучше. Конкретизируем требования к догчейзеру:
- иметь меньше деталей, чем аналоги.
- не содержать богомерзких "сложных" микросхем в принципе.
- работать от источника питания 3.5-4.4В (одна банка лития).
- не иметь явных костылей, типа шунтирования каналов ключей кондёрами или ограничения тока насыщения дросселей резисторами.
- по возможности обойтись без самодельных индуктивных элементов.

Схема. На первоначальную идею натолкнул вот этот интересный патент: "...пьезоэлемент вносит свои резонансные характеристики в параллельный колебательный контур. При этом паразитная параллельная емкость пьезоэлемента, по сути дела приобретает полезные качества, соединяясь параллельно с ёмкостью колебательного контура. На резонансной частоте пьезоэлемент, обладая высокой добротностью, улучшает параметры параллельного колебательного контура, что увеличивает амплитуду наводимых в нем электрических колебаний."
Дальнейшее развитие идеи привело к совмещению двух тривиальных узлов, мультивибратора и трансформаторного выхода:


Железо. Схема на столько проста, что эксперименты прошли без траты времени на печатную плату. Поэтому прошу прощения за срамной монтаж. Девайс конечно ещё ожидает изготовление печатной платы под удобный корпус, светодиодики, зарядка и прочая мишура.


Детали. В схеме применены те компоненты, что нашлись в хламе, за исключением заказанных на али излучателей. Их характеристики, если верить китайцам:
Модель продукта:US25-16CT
Номинальная частота:25 + 1,0 кГц
Звуковое давление:Мин. 112 дБ
Статическая Емкость:2400Pf + 20%
Максимальное входное напряжение:80Vp-p
Угол направления:60 градусов + 15 градусов (-6дБ)
Рабочая температура:-20C ~ + 80C
Температура хранения:-40C ~ + 85C
Куплены тут.
Мосфеты - логик левел, 4-10А. Трансформатор, купленный когда-то для ремонта какого-то компьютерного БП, но так и не пригодившийся 7491182012 Wurth Elektronik. Его подробные характеристики в даташите.

Настройка. Мультивибратор двумя конденсаторами и резисторами примерно настраивается на частоту резонанса излучателя. Ёмкость конденсатора установленного параллельно излучателю, совместно с собственной ёмкостью которого и индуктивностью обмотки III трансформатора, образует колебательный контур, частота которого должна быть по идее чуть ниже частоты резонанса излучателя. Результат:


Недостатки. Вообще схема ввиду своей простоты достаточно капризна в настройке и скорее всего будет иметь плохую повторяемость. Схема не тестировалась на температурную стабильность. Это скорее не готовая конструкция, а заготовка для дальнейшего развития и вхождения в тему.

Развитие. Для усовершенствование данной схемы, трансформатор надо бы перемотать, так как в применённом, коэффициент трансформации 1:1:9.5 маловат. Его увеличение позволило бы поднять КПД устройства. Так же можно проверить идею, в качестве трансформатора использовать достаточно крупную (D=11мм,L=15мм) гантель, индуктивностью 1-2мГн, намотав на неё парой проводов сверху несколько витков I и II обмоток. Она будет явно менее эффективной, но зато проще в изготовлении.

ЗЫ: для тех, кто обычно минусит карму в отместку, пишите пожалуйста комменты грамотно: не "нарцицизм", а "нарциссизм".

[FAKIR]

Сразу по делу без всяких вступлений и переходов на личность - это вас не красит...
----------

1 - стабильности зг явно не хватит для того, чтобы не выйти за пределы резонанса излучателей, да ещё с учётом эксплуатации на улице, где может быть как плюсовая, так и минусовая температура. Даже по питанию нет стабилизации.

2 - нет подстройки на частоту резонанса и соответственно на максимальную акустическую отдачу. Параметры использованного трансформатоа не могут быть идентичны в разных экземплярах. И пьезоизлучатели тоже имеют разброс по параметрам.

[Andrey_B]

Ну как же, вступление есть.
Что касается Ваших замечаний - всё так. Что-бы их устранить, нужно отойти от некоторых религиозный убеждений, например неприменение микроконтроллеров. При экспериментах с пламенем зажигалки перед излучателем, заметил что пламя отклоняется сильнее на резонансе и ниже по частоте, а вот чуть выше резонанса сила отклонения заметно ослабевает. Причём мощность сигнала на излучателе практически неизменна. Поэтому опираться только на размах сигнала на излучателе нельзя. Обдумываю такую идею - сделать обратную связь через микрофон, установленный за излучателями в корпусе, сигнал с него завести на мелкий МК. Этот МК будет "следить" за акустической мощностью излучателей и автоматически подстраивать частоту раскачки. Таким образом будет компенсироваться и разброс параметров элементов, и нестабильность питания, и температурный дрейф. Даже загрязнение и деградация излучателей со временем. Может получиться очень простое и элегантное устройство.

[FAKIR]

Обдумываю такую идею - сделать обратную связь через микрофон, установленный за излучателями в корпусе, сигнал с него завести на мелкий МК. Этот МК будет "следить" за акустической мощностью излучателей и автоматически подстраивать частоту раскачки.

Это верное решение, только от мультика придётся отказаться, как я думаю.

Но и стабилизация по питанию ЗГ и девиация по частоте в небольших пределах тоже решает этот вопрос не прибегая к схемным сложностям.

[Andrey_B]

Конечно, останутся только ключи. Если не получиться сделать обратную связь, то да можно просто ввести девиацию частоты. Но это хуже, так как часть времени частота будет неизбежно находиться вне резонанса, а это как ни крути уменьшение суммарного излучаемого потока. Кроме того, слежение вносит хоть какую-то новизну в конструкцию. Ведь основная цель радиолюбительской деятельности не получения результата, а получение удовольствия от пути к результату, для меня по крайней мере.

[>TEHb<]

Как-то сходу не нашёл что за излучатель такой. Не подскажете?

[FAKIR]

часть времени частота будет неизбежно находиться вне резонанса,

Я же писал, девиация в небольших пределах.

Из резонаннса выхода не будет, наоборот будут работать все излучатели с учётом разброса их резонансных частот.

На выходе будем иметь амплитудную модуляцию небольшой глубины, которая будет немного экономить аккумулятор, но не мешать отпугиванию собак.

Китайцы вообще делают прерывание на низкой частоте.

[Andrey_B]

FAKIR писал(а):

Из резонаннса выхода не будет, наоборот будут работать все излучатели с учётом разброса их резонансных частот.

Хм, я как-то упустил что резонансные частоты излучателей тоже могут отличаться друг от друга, рассматривал что резонансная частота одна у всей связки излучателей.

TEHb, там ссылка есть на алиэкспресс. А вообще их китайцы называют кто как может. Общего только числа 16 (диаметр мм) и 25 (кГц), может ещё буква T (transmitter - передатчик).

[>TEHb<]

Andrey_B, точно, ссылку проморгал. Тем не менее не вижу резонансную кривую или вообще какую-либо документацию. Так или иначе, мысль вот какая

пьезоэлемент вносит свои резонансные характеристики в параллельный колебательный контур

Так может соорудить схему аналогичную кварцевому генератору? Пускай они сами себе частоту и задают.

[Andrey_B]

>TEHb< писал(а):

Пускай они сами себе частоту и задают.

Думал об этом, но не нашёл способа снять с них большую мощность при низком напряжении питания. Если ставить трансформатор, то схема заводится не на частоте резонанса излучателей, а на резонансной частоте всей схемы, а это не одна и та же частота.

[FAKIR]

Пускай они сами себе частоту и задают.

Такая схема есть.



Если в параллель будет несколько излучателей (напр. 4 шт), а они имеют разброс по резонансной частоте, то на какой частоте заведётся генератор...?

Необходим жёсткий отбор излучателей по идентичности резонансной частоты.

Много различной полезной информации в обсуждении статьи - https://radiokot.ru/circuit/digital/security/44/

[Andrey_B]

FAKIR писал(а):

Такая схема есть.

Видел, 2014 год, kanonir.
Обратная связь вроде есть, но на сколько она действительно поддерживает максимум отдачи излучателя - не известно, отзывов нет. Дроссель опять же самодельный. Да и просто повторить схему не интересно, интересно придумать новое.

FAKIR писал(а):

Необходим жёсткий отбор излучателей по идентичности резонансной частоты.

Проблематично их подбирать, придётся покупать с большим запасом. Возможно их как-то подстраивать внешними элементами ?

[FAKIR]

Ultrasonic transmitter
KS-A1625H12T

The ultrasonic transmitter is designed to emit ultrasonic
waves at a certain resonance frequency only in air.
Feature:
 Open structure type
 Central frequency 25 (22, 23) kHz
 Hight output sound pressure level
 Wide operation temp.
 Small dimension
Item Unit Description Condition
Construction Open structure type
Using method Transmitter
Center frequency kHz 22±1
Free capacitance pF 2000±20%
Min. sound pressure
level
>120dB 10Vrms/30cm
Maximum input
voltage
V 22
Operation temp. degree C -30+85
Dimension mm 16*12 See appearance
drawing
Weight g 1
KSN ELECTRONIC CO. LTD 2014

Лучшего излучателя не найдёте. У них и разброс параметров не велик и перегрузку переносят отлично.

Пишут - 120 дб, но реально на расстоянии - 30 см - 115 дб есть. 30 см - такой у них стандарт измерения, а у РФ - 1 метр.

[As]

...В схеме с мультивибратором, нужно частоту колебаний мультивибратора делать чуть меньше частоты резонанса выходного контура с излучателями - тогда будет происходить самозахват частоты и генерация будет происходить на частоте резонанса... Только вот нужно бы озаботиться равенством частоты настройки контура частоте механического резонанса излучателей, а сами излучатели отобрать по близкой частоте резонанса...

[muravei_]

У меня была идея, как заставить работать на мех. резонансе. Я хотел попробовать ее на магнитострикторе.
Правда , нужен МК.
"Толкаете" излучатель импульсом примерно в четверть периода , а затем следите за колебаниями , и в нужный момент добавляете энергию.
Вдруг заработает!

[Andrey_B]

As, возможно мультивибратор нужно вообще переработать по мотивам вот этой схемы:


Либо обратную связь сделать непосредственной, типа такого:

Только доделать цепь запуска.

В общем есть ещё поле для экспериментов.

Добавлено after 36 minutes 41 second:
muravei_, да, механический резонанс, это самый правильный подход. И его частота, будет разной для разных излучателей, как их не подбирай. К тому же она будет меняться от времени и температуры. Поэтому прихожу к выводу, что для максимальной акустической отдачи, нужен свой генератор для каждого излучателя. Механический резонанс легко получается в пьезоизлучателях с зоной обратной связи:


Есть идея попробовать заменить эту зону на кристалле внешним микрофоном, приклеенным сзади излучателя между его выводов.


Схема генератора должна быть без индуктивных элементов, так как они (если не точно рассчитаны) неизбежно приводят к возбуждению не на частоте механического резонанса, а на частоте резонанса всей схемы. Значит для такого варианта потребуется высоковольтное питание, что-бы обеспечить требуемый размах, а это повышающий DC-DC, общий на 4 канала.

Возможно для всех 4х каналов цепи обратной связи можно замкнуть через единственный МК, надо это обдумать.

[FAKIR]

Ничего не надо мудрить с мультиками, есть Российская микросхема 1211еу1 (см. даташит), которая идеально подходит для догчейзера.

Есть возможность сделать частотную девиацию, устраняются сквозные токи, мощные драйверы на выходе позволяют упралять мощными транзисторами, строгий меандр (внутри есть счётный триггер).

Трансформаторный мощный догчейзер - до 8 излучателей. Питание - 12В стаб. от DC-DC или от адаптера в стационарном варианте. При необходимости делают нч генератор для частотной модуляции. ЧМ желательна, так как излучатели не идеальны по своим параметрам.

Последний раз редактировалось FAKIR Сб дек 18, 2021 11:52:03, всего редактировалось 1 раз.

[Andrey_B]

FAKIR, не запрещайте нам пожалуйста мудрить. У нас цель другая.

У меня вот есть куча МК PIC12F615, чем лазить по антикварным магазинам в поисках 1211еу1, мне проще на этом МК за полчаса реализовать и её функционал, и девиацию частоты, и ограничение тока ключей (там есть компаратор), и возможно даже слежение за максимумом акустической отдачи (там есть и АЦП), если какой-нибудь ОУ добавить с микрофоном.

[FAKIR]

не запрещайте нам пожалуйста мудрить.

Никто никому ничего не запрещает.

Я вылажил стационарный мощный догчейзер, о таких спрашивали...

Видимо тему нужно переименовать в "конструируем догчейзер" или как то по другому.

Мой вариант тоже входит в эту тему.

Добавлено after 2 minutes 36 seconds:

У меня вот есть куча МК PIC12F615,

Но там нет, как я думаю, драйверов для мощных транзисторов.

Микросхема 1211еу1 Российского производителя и не в дифеците и не нужно никакого программирования.

[Andrey_B]

FAKIR писал(а):

Но там нет, как я думаю, драйверов для мощных транзисторов.

Нету. Но тут это не страшно, потеря КПД будет небольшая, ну будут фронты на затворах немного завалены, частота не высокая, а токи не такие большие, чтобы сильно разогреть мосфеты. К тому же девайс будет включаться эпизодически, минута - две максимум, не успеют ключи перегреться.

и не нужно никакого программирования.

Зато какой простор для творчества.