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anuri(R)

12.05.2020,
14:13
 

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen (Elektronik)

Hallöchen zusammen,

da ich auf der Suche nach einer Antwort auf meine Frage leider nicht erfolgreich war, bin ich diesem Forum beigetreten. Ich bin in dieser Thematik noch ziemlich grün hinter den Ohren und hoffe, dass ihr mir verzeihen könnt, wenn ich nicht direkt den Durchblick haben werden. Ich bin aber bemüht in entsprechender Literatur nachzuschlagen und ggf. ist Google auch mein Freund.

Nun zu meiner Situation. Ich habe mir einen piezoelektrischen Ultraschallwandler besorgt, diesen an einen Signalgenerator geschlossen und betrieben. Das funktioniert auch erstmal soweit. Mir fehlt aber die Power am Ultraschallwandler, Stichwort Vibration/Amplitude.

Also muss ein Verstärker her. Gekauft, angeschlossen in Betrieb genommen und siehe da, es funktioniert wesentlich besser.

Ca. 30 Sekunden später.

Starke Rauchentwicklung aus dem Verstärker. Der ist durch.

Nun bin ich während meiner Recherche zu der Erkenntnis gekommen, dass die Piezoaktoren kapazitive Lasten sind und für einen Hifi-Verstärker problematisch sein können bei höheren Frequenzen.

Nun würde ich gerne wissen:
1) Was passiert da genau?
2) Kann ich den Verstärker modifizieren/umbauen so, dass dieser den Ultraschallwandler betreiben kann.

Ich hoffe da kann mir jemand weiterhelfen, gerne auch weiterleiten. Vielen Danke! :-)

Hartwig(R)

12.05.2020,
17:59

@ anuri

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Hallöchen zusammen,
Hallo,
»

» Also muss ein Verstärker her. Gekauft, angeschlossen in Betrieb genommen
» und siehe da, es funktioniert wesentlich besser.

» Ca. 30 Sekunden später.

» Starke Rauchentwicklung aus dem Verstärker. Der ist durch.

da wundert mich nicht wirklich...
»
» Nun würde ich gerne wissen:
» 1) Was passiert da genau?
das kann man nur bei genauer Kenntnis der beteiligten Komponenten sagen. Ein klassischer analoger Endverstärker alter Art (Gegentakt - Endstufe mit BJTs oder entsprechenden ICs) kann sich bereits durch hohe Frequenzen ohne extreme Last zerlegen.
» 2) Kann ich den Verstärker modifizieren/umbauen so, dass dieser den
» Ultraschallwandler betreiben kann.
so generell ist das schwer zu sagen.
Um welche Frequenz geht es?
Welche Leistung ist erforderlich (Was kann der Geber vertragen???)
Dauerbetrieb oder gepulster Betrieb?
Gibt es eine Modulation?
Grüße
Hartwig

schaerer(R)

Homepage E-Mail

Zürich (Schweiz),
12.05.2020,
18:17

@ anuri

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Hallöchen zusammen,

» Nun zu meiner Situation. Ich habe mir einen piezoelektrischen
» Ultraschallwandler besorgt, diesen an einen Signalgenerator geschlossen und
» betrieben. Das funktioniert auch erstmal soweit. Mir fehlt aber die Power
» am Ultraschallwandler, Stichwort Vibration/Amplitude.

Im welchen Frequenzbereich muss der Wandler arbeiten?

» Also muss ein Verstärker her. Gekauft, angeschlossen in Betrieb genommen
» und siehe da, es funktioniert wesentlich besser.
»
» Ca. 30 Sekunden später.
»
» Starke Rauchentwicklung aus dem Verstärker. Der ist durch.

» Nun bin ich während meiner Recherche zu der Erkenntnis gekommen, dass die
» Piezoaktoren kapazitive Lasten sind und für einen Hifi-Verstärker
» problematisch sein können bei höheren Frequenzen.

Genau so ist es. Und je höher die Frequenz ist um so mehr Strom fliesst durch den "Kondensator-Lautsprecher".

Wie hoch soll denn die U-Schall-Leistung bei welcher Frequenz sein?
In diesem Zusammenhang auch gleich die Frage, worum geht es in diesem Projekt?

» Nun würde ich gerne wissen:
» 1) Was passiert da genau?

Das habe ich soeben angedeutet.

Du hast ein Audio-Leistungsverstärker im Einsatz. Die Frequenzbandbreite dürfte knapp 16 bis vielleicht 20 kHz sein. Die Leistungungsangabe ist mit einer Last von üblicherweise mit 8 Ohm angegeben. Das gilt für übliche Lautsprecherboxen aus einem Bass- und Mitteltonfrequenz-Lautsprecher. Diese sind in der Regel ohmisch und leicht induktiv. Der Hochtöner oft auch oder es ist ein Piezzo-Speaker. Ist also betreffs Widerstand etwas komplex.

» 2) Kann ich den Verstärker modifizieren/umbauen so, dass dieser den
» Ultraschallwandler betreiben kann.

Modifizieren einer gekauften Audioverstärkers ist schwierig. Ausser Du hast eine sehr gute Beschreibung, mit Schema, Layout-Bild und technischen Angaben. Man kann dann vielleicht andere Leistungstransistoren einsetzen, zusätzlich mit viel anderem, weil damit alleine ist es längst nicht getan.

Das ist eigentlich nicht geeignet für einen Elektronik-Anfänger. Besser, aber auch zu schwierig ist eine neue Schaltung zu entwickeln. Man kann auch evaluieren, ob es integrierte Leistungsverstärker für ausreichend hohe Leistung gibt...?

Eigentlich brauchst Du dazu eine Life-IUnterstützung durch einen versierten Kollegen.

» Ich hoffe da kann mir jemand weiterhelfen, gerne auch weiterleiten. Vielen Danke! :-)

Das geht meinerseits hier in diesem bescheidenem Rahmen. Mal sehen, es melden sich vielleicht noch andere Leser.

Ich habe vor mehr als 30 Jahren sowas gebaut für 40 kHz. Leistung weiss ich nicht mehr. Es diente einem medizinischen Forschungsprojekt. Leider habe ich die Unterlagen längst nicht mehr.

Also, ich wünsche Dir mal viel Glück bei Deinem Vorhaben.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
http://tinyurl.com/timerbuch
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
http://tinyurl.com/opamp-instrumamp-buch

bigdie(R)

12.05.2020,
20:28

@ schaerer

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

Ist das wirklich so kompliziert? Wenn es einfach nur Ultraschall Krach machen soll, braucht man ja nicht mal Sinus. Da kann man doch einfach ein Rechtecksignal drauf geben oder? Das würde zumindest die Verluste in der Endstufe stark reduzieren. Braucht man evtl nicht mal Gegentakt sondern nur An/Aus. Je nach benötigter Leistung geht das evtl sogar mit einem Motortreiber wie dem L298

Hartwig(R)

12.05.2020,
21:19

@ bigdie

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Ist das wirklich so kompliziert? Wenn es einfach nur Ultraschall Krach
» machen soll, braucht man ja nicht mal Sinus. Da kann man doch einfach ein
» Rechtecksignal drauf geben oder? Das würde zumindest die Verluste in der
» Endstufe stark reduzieren. Braucht man evtl nicht mal Gegentakt sondern nur
» An/Aus. Je nach benötigter Leistung geht das evtl sogar mit einem
» Motortreiber wie dem L298
Eigentlich ist eine Digitalendstufe (Class-D) nichts anderes als eine PWM Leistungsstufe mit anschließendem Tiefpass. Allerdings liegt die Taktfrequenz wohl deutlich über dem US-Frequenzbereich. Ich bin mir nicht sicher, ob man die bei den ICs so weit herabsetzen kann. Eine PWM vom Akkuschraube wäre wohl eher zu lahm. Aber bestimmt kann man das Problem mit dem TL494 elegant lösen - zumindest für die Ansteuerung der MOSFETs würde er die Totzeitkontrolle bieten.....vielleicht hat xy ja Tips dazu parat ;-)

xy(R)

E-Mail

12.05.2020,
21:40

@ Hartwig

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» ..vielleicht hat xy ja Tips dazu parat ;-)

Selbstschwingender Halbbrückentreiber, und vor den Piezo eine Spule, wg Serienschwingkreis.

schaerer(R)

Homepage E-Mail

Zürich (Schweiz),
13.05.2020,
08:17

@ bigdie

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Ist das wirklich so kompliziert? Wenn es einfach nur Ultraschall Krach
» machen soll, braucht man ja nicht mal Sinus. Da kann man doch einfach ein
» Rechtecksignal drauf geben oder?

Das ist korrekt.
Weil ich mich an mein Projekt von damals zurück erinnerte, dachte ich es sei hier vielleicht ähnlich in dem Sinne, dass ein Sinus notwendig ist .

Ich habe im Posting den Anuri ja noch nach der Anwendung gefragt. Bisher noch keine Antwort...

» Das würde zumindest die Verluste in der
» Endstufe stark reduzieren. Braucht man evtl nicht mal Gegentakt sondern nur
» An/Aus.

Z.B. mit einem Power-MOSFET und die Schall-Leistung könnte man mit der Betriebsspannung steuern. Will man das Ganze dann noch verlustarm, muss es ein spannungssteuerbares Schaltnetzteil sein.

Also dann warten wir mal, was Anuri über sein Projekt erzählen wird, sofern es nicht topsecret ein 007-Projekt ist. :-D

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
http://tinyurl.com/timerbuch
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
http://tinyurl.com/opamp-instrumamp-buch

anuri(R)

15.05.2020,
14:14

@ Hartwig

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Um welche Frequenz geht es?
Ich möchte den Aktor mit etwa 27 kHz betreiben.

» Welche Leistung ist erforderlich (Was kann der Geber vertragen???)
Ich möchte eine spürbare Vibration (Verschiebung) erhalten. Ich weiß nicht ob 50 W schon reichen oder 200 W erforderlich sind. "Was kann der Geber vertragen???" Was kann ich mir unter dieser Frage vorstellen? Woran erkenne ich das?

» Dauerbetrieb oder gepulster Betrieb?
Dauerbetrieb.

» Gibt es eine Modulation?
Was ist hier gemeint?

» Grüße
» Hartwig

Gruß zurück.

anuri(R)

15.05.2020,
14:21

@ schaerer

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

Hi schaerer,

» Im welchen Frequenzbereich muss der Wandler arbeiten?
bei ca. 27 kHz.

» Wie hoch soll denn die U-Schall-Leistung bei welcher Frequenz sein?


» In diesem Zusammenhang auch gleich die Frage, worum geht es in diesem
» Projekt?
Tatsächlich möchte ich eine medizinische Apparatur für die Stimulation des Lymphsystems umsetzen.

» Ich habe vor mehr als 30 Jahren sowas gebaut für 40 kHz. Leistung weiss
» ich nicht mehr. Es diente einem medizinischen Forschungsprojekt. Leider
» habe ich die Unterlagen längst nicht mehr.
Schade. Das hört sich nämlich super interessant an.

» Also, ich wünsche Dir mal viel Glück bei Deinem Vorhaben.
Vielen Danke :-) .

Hifi-Verstärker sind ja offensichtlich für mein Vorhaben ungeeignet. Welche Verstärker-(art) wäre hier für den geeignet? Worauf habe ich zu achten?

anuri(R)

15.05.2020,
14:27

@ anuri

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

Ich würde diese Thematik wirklich gerne verstehen und habe tatsächlich auch die Zeit mich da einzuarbeiten. Natürlich kann ich kein Elektronik-Studium innerhalb eines halben Jahres aufarbeiten, aber mir geht es ja wirklich erstmal um die Verstärker/Ultraschall-Thematik (Step by Step). Also Literaturempfehlungen würde ich begrüßen. Die ersten Bücher habe ich mir diese Woche besorgt, um mich in die Grundlagen einzulesen :-D .

Liebe Grüße und bleibt gesund :-).

anuri

xy(R)

E-Mail

15.05.2020,
14:58

@ anuri

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» "Was kann der Geber vertragen???" Was kann ich mir unter dieser
» Frage vorstellen?

Belastbarkeit.


» Woran erkenne ich das?

Steht im Datenblatt.

xy(R)

E-Mail

15.05.2020,
15:01

@ anuri

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Ich würde diese Thematik wirklich gerne verstehen und habe tatsächlich auch
» die Zeit mich da einzuarbeiten. Natürlich kann ich kein Elektronik-Studium
» innerhalb eines halben Jahres aufarbeiten, aber mir geht es ja wirklich
» erstmal um die Verstärker/Ultraschall-Thematik (Step by Step).

Dieses Teilgebiet der Elektrotechnik ist umfangreicher als ein Hochschulabschluss.


» Also
» Literaturempfehlungen würde ich begrüßen. Die ersten Bücher habe ich mir
» diese Woche besorgt, um mich in die Grundlagen einzulesen :-D .

Wo fangen die bei dir an?

anuri(R)

15.05.2020,
15:43
(editiert von anuri
am 15.05.2020 um 15:44)


@ xy

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Dieses Teilgebiet der Elektrotechnik ist umfangreicher als ein
» Hochschulabschluss.
Wo wäre der Spaß, wenn es keine Herausforderung gäbe.

» Wo fangen die bei dir an?
Also ich sage mal so, ich kann mit URI, der Maschengleichungen und Knotenpunktregel umgehen. Auch habe ich von dem einen oder anderen Thema mal gehört und gelesen und könnte mich da einarbeiten.

Mein Ultraschallwandler ist nichts anderes als sowas (https://www.amazon.de/Allendale-Ultrasonics-Ultraschall-Wandler-40-kHz/dp/B00VED14ZW). Ein China-Ding ohne technisches Datenblatt.

anuri(R)

15.05.2020,
15:51

@ xy

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

Prinzipiell sehe ich 3 Wege, die nach Rom führen.

1) Hifi-Verstärker umbauen
2) Verstärker entwickeln
3) Passenden Verstärker einkaufen

Sowohl 1) als auch 2) werden ein hohes Maß an Elektronik-Fachwissen/-Verständnis erfordern. 3) hingegen könnte sich einfacher gestalten.

Letztendlich will ich anhand dieses Vorhabens mindestens ein solides Elektronik-Verständnis für Verstärker aufbauen und z. B. das Prinzip auf eine andere Anwendung übertragen können.

Hartwig(R)

15.05.2020,
20:32

@ anuri

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» Tatsächlich möchte ich eine medizinische Apparatur für die Stimulation des
» Lymphsystems umsetzen.
»
Therapeutischer Ultraschall liegt meist im Frequenzbereich 300kHz bis 3MHz. Obere Leistungsgrenze bei 1W/cm², frequenzabhängig. Wenn ich Deine Leistungsangaben lese, muss ich sofort an Kavitation denken....

xy(R)

E-Mail

16.05.2020,
09:19

@ anuri

Verstärker, kapazitive Last und hohe Frequenzen

» 1) Hifi-Verstärker umbauen
» 2) Verstärker entwickeln
» 3) Passenden Verstärker einkaufen

Weshalb ein Verstärker? Der Schallwandler ist doch eh sehr schmalbandig.