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超声波发生器设计

    本文采用振荡一放大型超声波发生器,其结构框图如图2所示。它是一个带有振荡电路的放大器,由振荡、放大、匹配电路和电源组成。振荡器产生一定频率的信号,放大器将其放大到一定的功率输出。达到最佳负载值,通过输出变压器进行阻抗匹配,并通过功放输出。
图2 振荡-放大型超声波发生器结构框图
(1)振荡器电路
由于TIA94价格便宜而且性能优越,设计采用由开关稳压块TIA94构成的振荡器。振荡器电路见图3。
图3 振荡器电路图
将TIAt94的5脚(CT)和6脚(RT)接定时元件电阻R和电容c,即可起振,振荡器工作频率由下式决定:
厂= 而 (Hz)
振荡器输出方波的占空比是换能器产生的超声波强度的决 定因素。通过给TIA94的4脚加以一定的直流电压就可实现占空比调整。定时元件由电容C、电阻R1和电位器R2构成,调节电位器R2即可实现频率的调 整。本机供电电源为12V,采用的是推挽工作方式。电阻R3(10kQ)和电位器R4(10kQ)构成分压电路,死区时间控制端的电位应界于2.5~5V 之间。调节电位器R4亦可实现超声波的强度调节。
(2)低压驱动电路
本机采用高压小电流功放电路,由两只三极管和耦合变压器构成,见图4。为了避免两只功放管同时导通,导致内部功耗增加,两管的导通时间必须错开,使它们在交替工作时有一段同时截止的时间。为此,三极管P1和P2对振荡器的输出作反相处理,三极管选用PNP型的8550。
低压驱动电路所用的电源是直流12V,而功放电路的电源是交流220V,在三极管后加入一个耦合变压器,完成高低压隔离的任务。
图4 低压驱动电路
(3)功放匹配电路
功放电路如图5所示。电路由两个VMOS功率场效应管2SK791构成。具有线性度高、频率响应好、开关速度快等油水分离器优点,是理想的开关元件。但其关断特性在电流小时并不理想,下降沿有拖尾。
图5 功放电路
(4)高频驱动和匹配电路
高频驱动和匹配电路如图6。为保证超声发生器与换能器振动系统高效安全工作,匹配电路必不可少。匹配包括两个方面:调谐和阻抗变换。调谐匹配电路改善发生器与换能器之间的耦合过程,以便功率高效率传输给换能器。为了减少匹配电路本身的功率损耗,必须采用电感和电容等储能元件。
匹配电路也会影响换能器的振动特性。
图6 高频驱动和匹配电路

[来源:原创] [作者:国创电气] [日期:10-09-01]
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