聲波發(fā)生器概述

可分為頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器、100W/300W超聲波發(fā)生器、小功率超聲波發(fā)生器、高頻超聲波發(fā)生器、大功能超聲波發(fā)生器、數(shù)字顯示超聲波發(fā)生器。

新式，功率從"0"~3000瓦功率可調(diào)，頻率從20KHZ~40KHZ可調(diào)的超聲波發(fā)生器。使用換能器不同，超聲波發(fā)生器都可共用。

結(jié)構(gòu)合理，做到防潮、防沖擊、防燒管、操作簡(jiǎn)單。從沒有使用過超聲波清洗機(jī)，對(duì)頻率功率不了解的人，只要有點(diǎn)電工常識(shí)的人都一看就會(huì)。

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是微處理器(uP)及信號(hào)處理器(DSP)的發(fā)展，超聲波發(fā)生器的功能越來越強(qiáng)大，但不管如何變化，其核心功能應(yīng)該是如下所述的內(nèi)容，只是每部分在實(shí)現(xiàn)時(shí)技術(shù)不同而已。超聲波發(fā)生器來產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以是正弦信號(hào)，也可以是脈沖信號(hào)，這個(gè)特定頻率就

是超聲波換能器的頻率，一般在超聲波設(shè)備中使用到的超聲波頻率為25KHz、28KHz、35KHz、40KHz;100KHz

相信使用面會(huì)逐步擴(kuò)大.比較完善的超聲波發(fā)生器還應(yīng)有反饋環(huán)節(jié)，主要提供二個(gè)方面的反饋信號(hào):

第一個(gè)是提供輸出功率信號(hào)，我們知道當(dāng)超聲波發(fā)生器的供電電源(電壓)發(fā)生變化時(shí).超聲波發(fā)生器的輸出功率也會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)反映在超聲波換能器上就是機(jī)械振動(dòng)忽大忽小，導(dǎo)致清洗效果不穩(wěn)定.因此需要穩(wěn)定輸出功率，通過功率反饋信號(hào)相應(yīng)調(diào)整功率放大器，使得功率放大穩(wěn)定。

第二個(gè)是提供頻率跟蹤信號(hào).當(dāng)超聲波換能器工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)其效率最高，工作最穩(wěn)定，而超聲波換能器的諧振頻率點(diǎn)會(huì)由于裝配原因和工作老化后改變，當(dāng)然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號(hào)可以控制信號(hào)超聲波發(fā)生器，使信號(hào)超聲波發(fā)生器的頻率在一定范圍內(nèi)跟蹤超聲波換能器的諧振頻率點(diǎn).讓超聲波發(fā)生器工作在最佳狀態(tài)。

超聲波內(nèi)置發(fā)生器，一體式超聲波發(fā)生器。

一.性能簡(jiǎn)小功率超聲波發(fā)生器介:控制箱采用微電腦控制下的它激式線路，頻率自動(dòng)跟蹤及掃頻工作方式等先進(jìn)技術(shù)。與傳統(tǒng)控制箱相比，具有工作穩(wěn)定可靠、超聲功率連續(xù)可調(diào)，能最大限度地發(fā)揮換能器的潛能。工作頻率自動(dòng)跟蹤，使輸出匹配更佳，功率更加強(qiáng)勁，效率更高。獨(dú)特的掃頻工作方式，使清洗液在掃頻的作用下形成一股細(xì)小的回流，及時(shí)把超聲剝離下來的污垢帶離工件表面，從而達(dá)到更快速、更徹底的清洗效果，超聲清洗效率更高。同時(shí)，具有完善的保護(hù)功能:過熱保護(hù)和過流保護(hù)，工作更加可靠。

小功率超聲波發(fā)生器配合數(shù)碼功率調(diào)整可適應(yīng)各種不同的清洗要求。

二.主要技術(shù)指標(biāo):工作電壓: 220V 10% 額定功率 100W 200W 300W 工作頻率:28 KHz 40KHZ 時(shí)間

控制: 0--59分59秒 功率控制范圍:0-100%

適用于:小功率超聲波清洗機(jī)，家用清洗機(jī)，內(nèi)置發(fā)生器型超聲波機(jī)。

一.性能簡(jiǎn)介:

控制箱采用 微電腦控制下的它激式線路，頻率自動(dòng)跟蹤及掃頻工作方式等先進(jìn)技術(shù)。與傳統(tǒng)控制箱相比，具有工作穩(wěn)定可靠、超聲功率連續(xù)可調(diào)，能最大限度地發(fā)揮換能器的潛能。工作頻率自動(dòng)跟蹤，使輸出匹配更佳，功率更加強(qiáng)勁，效率更高。獨(dú)特的掃頻工作方式，使清洗液在掃頻的作用下形成一股細(xì)小的回流，及時(shí)把超聲剝離下來的污垢帶離工件表面，從而達(dá)到更快速、更徹底的清洗效果，超聲清洗效率更高。同時(shí)，具有完善的保護(hù)

功能:過熱保護(hù)和過流保護(hù)，工作更加可靠。

工作電壓: 220V 10% 額定功率 600W 900W 1200W 1500W 1800W 2400W 2700W 工作電流 2.5A 3.5A

4.5A 5A 工作電流: 請(qǐng)注意，設(shè)備不能在長(zhǎng)時(shí)間在大于額定電流的狀態(tài)下運(yùn)行環(huán)境溫度: 0-40C° 相對(duì)濕度:40%--90%

工作頻率:25KHZ 28KHz 40KHZ 35KHZ 68KHZ 120KHZ 時(shí)間控制: 0--59分59秒 功率控制范圍:0-100%

16級(jí)數(shù)控調(diào)節(jié)機(jī)內(nèi)過熱保護(hù):65 C° 外型尺寸: L x W x H =300 x 360 x 150 。

由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高于28KHZ音頻電信號(hào)，通過換能器的壓電逆效應(yīng)轉(zhuǎn)換成同頻率的機(jī)械振蕩，并以超

音頻縱波的形式在清洗液中輻射。由于超音頻縱波傳播的正壓和負(fù)壓交替作用，產(chǎn)生無數(shù)超過1000個(gè)大氣壓的微

小氣泡并隨時(shí)爆破，形成對(duì)清洗物表面的細(xì)微局部高壓轟擊，使物體表面及縫隙之中的污垢迅速剝落，這就是超

聲波清洗所特有的"空化效應(yīng)"。

概述

實(shí)際使用中大多數(shù)的超聲波發(fā)生器都是b,c類放大器，c類居多，部分特殊用途的設(shè)計(jì)為b類。

推挽式D類功率放大器如圖1.35所示，輸入激勵(lì)信號(hào)使一管導(dǎo)通時(shí)另一管截止，導(dǎo)通截止時(shí) 間各占交流半周期。這種放大器有兩種組態(tài)，一種是電壓開關(guān)放大器圖1，35(a);另一種是電流開關(guān)放大器(圖1.35(b))。在電壓開關(guān)組態(tài)中，晶體管作為電壓開關(guān)工作，集電極電壓為方波，串聯(lián)調(diào)諧電路只讓基波電流通過。因此輸出電壓為集電極電壓的基波分量，集電極電流為半個(gè)正弦波。在電流開關(guān)組態(tài)中，晶體管起電流開關(guān)作用。扼流圈L、，維持恒定的直流饋電電流，集電極電流為方波，而集電極電壓為半個(gè)正弦波。

這里著重介紹電壓開關(guān)型放大器。在功率超聲中電壓型開關(guān)放大器用得較多，其原因:

一是從飽和損耗來看.電壓開關(guān)放大器通常比電流開關(guān)放大器小，因?yàn)殡妷洪_關(guān)放大器中晶體管電流僅在180。飽和期間是大的，而在電流開關(guān)放大器中，整個(gè)導(dǎo)通角內(nèi)保持峰值集電極電流;另外方波電流時(shí)的飽和電壓往往要大于正弦電流下的飽和電壓;

二是電流開關(guān)型的效率比電壓開關(guān)型放大器低。但電流開關(guān)放大器取得功率的能力要強(qiáng)些;

三是在電流開關(guān)電路中，當(dāng)負(fù)載R突然斷開時(shí)所出現(xiàn)的瞬態(tài)效應(yīng)，會(huì)使開關(guān)承受較高的浪涌電壓，因此降低了開關(guān)元件伏安容量的利用率。同時(shí)給設(shè)計(jì)者帶來一定的麻煩。

四是用相同開關(guān)元件，電流開關(guān)電路比電壓開關(guān)電路的選用電源電壓要低n倍，電源供出的電流大x倍。

五是負(fù)載失調(diào)時(shí)，通過電壓開關(guān)的電流變小，通過電流開關(guān)的電流變大。如果設(shè)計(jì)要求發(fā)生器能在一定的失調(diào)范圍內(nèi)工作，則電流開關(guān)電路對(duì)晶體管伏安容量的利用率又要降低好多。

然而以上兩種開關(guān)放大器其基本形式的輸出特性都是恒壓源性質(zhì)，同時(shí)在固定負(fù)載下，伏安容量利用率相等。用相同的開關(guān)元件可以得到相同的輸出功率。

電壓型開關(guān)放大器還可分成并聯(lián)型電壓開關(guān)放大器，如圖1-35(a)所示和串聯(lián)型電壓開關(guān)放大器，如圖1.36所示。

必須注意的是，無論開關(guān)如何連接，只要它們"開關(guān)出來的"是電壓源，即只要它們是用作 電壓開關(guān)的，那么，它們的負(fù)載只能是一個(gè)串聯(lián)諧振電路。這是因?yàn)殡娙菰谶@里不允許作為"開關(guān)出來的"方波電壓源的負(fù)載。否則，由于電容對(duì)高次諧波的短路作用.會(huì)給開關(guān)帶來危害。

串聯(lián)開關(guān)電路和并聯(lián)開關(guān)電路的原理是完全一樣的。因此設(shè)計(jì)也是類同的，僅有的區(qū)別在于電源電壓的選擇方面。如果開關(guān)元件所能承受的電流和電壓是一定的，那么并聯(lián)接法比串聯(lián)接法所選 用的電源電壓應(yīng)低一倍，而電源供出的電流應(yīng)大一倍，舉例來說，如果用串聯(lián)開關(guān)選220V電壓消耗4A電流，那么改用并聯(lián)開關(guān)時(shí)應(yīng)選110V電壓消耗8A電流。

我們以串聯(lián)電壓開關(guān)型D類功率放大器為例，如圖1. 37所示，該圖與圖1.36實(shí)際是等效的，所不同的是圖1.36中的負(fù)載Rl可看作變壓器次級(jí)換能器在諧振時(shí)的純阻反映到變壓器初級(jí)的電阻。BG1與BG2為兩個(gè)參數(shù)基本相同的晶體管，LC串聯(lián)回路對(duì)工作頻率fo諧振。

假如激勵(lì)信號(hào)是頻率為fo的正弦波，在正半周時(shí)，BG1飽和導(dǎo)通，BG2截止;負(fù)半周時(shí)BG1截止，BG2飽和導(dǎo)通。圖1.38為其電壓、電流波形。

當(dāng)BG1飽和導(dǎo)通時(shí)，p點(diǎn)電壓為電源電壓vcc減去BG1的飽和壓降vcs。當(dāng)BG2飽和導(dǎo)通時(shí)，p點(diǎn)電壓則為BG2的飽和壓降vcs,兩管參數(shù)基本相同，故vcs1=vcs2=vcs且Up為矩形波。

經(jīng)過LC串聯(lián)諧振回路選頻濾波后.在負(fù)載電阻Rl.上就可得到頻率為fo的正弦波電壓ul，完成其放大功能。

由于兩管輪流導(dǎo)通處于開關(guān)工作狀態(tài)，up為矩形波，故稱為電壓開關(guān)型，且輸出的最低諧波是三次，所以輸出波形較好。

根據(jù)周期性對(duì)稱方波諧波表示式:

式中Upm是方波振幅，ωo是基波角頻率，在D類開關(guān)電路中

當(dāng)LC回路諧振于fo時(shí)，在RL上的基波電壓幅度為

所以RL上的有效值電壓為

放大器的輸出功率:

又因

這里IA為基波電流的有效值，其峰值為

所以流過晶體管的直流分量ICO為

電源輸入功率為:

放大器的效率η為:

可見，當(dāng)晶體管的飽和壓降vcS愈小，則放大器的效率愈高，若VCS→0則η→100%。以上是在 電感、電容、晶體管都不計(jì)損耗的理想情況下得到的結(jié)果，實(shí)際上是有損耗的。其損耗主要存在著兩類，在高頻運(yùn)用時(shí)，其晶體管內(nèi)部損耗更不容忽視的。

(1)閉態(tài)飽和損耗

由(1.101)式可知.晶體管飽和壓降愈大則效率越低。理論和實(shí)驗(yàn)可以說明，隨著頻率的升高和功率加大，飽和壓降將迅速增大，為了減小飽和損耗，必須選用fT高的晶體管。一般來說，對(duì)小功率管(<10W)，f≥0.1fT，對(duì)于大功率管(>10W) f ≥0.01fT時(shí)才需考慮飽和壓降的影響。

因?yàn)檫@時(shí)飽和壓降隨頻率急劇增大，在大功率時(shí)由于電流的增加飽和壓降也大大上升，因此D類放大器的效率在這些頻率和電流下將急劇下降。

(2)開關(guān)過程引起的過渡損耗。

過渡損耗是由過渡瞬變過程的時(shí)間來確定，它取決于晶體管電流或電壓的上升和下降時(shí)間及基極和集電極的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。在晶體管電流或電壓上升和下降時(shí)間內(nèi)，晶體管處于有源狀態(tài)，要消耗一定功率。此外接通延遲時(shí)間td(由晶體管基極電容和其他電路電容的充電時(shí)間決定)和晶體管開關(guān)從飽和進(jìn)入有源狀態(tài)時(shí)，從基區(qū)和集電極抽出過量電荷的存儲(chǔ)時(shí)間ts也要增大過渡損耗。延遲時(shí)間td和存儲(chǔ)時(shí)間ts，不僅延長(zhǎng)晶體管的開關(guān)過渡過程，而且要產(chǎn)生電流和電壓瞬變，會(huì)使晶體管由于二次擊穿或雪崩效應(yīng)而損壞。

如果晶體管存儲(chǔ)時(shí)間大于接通延遲時(shí)間，兩個(gè)晶體管將同時(shí)處于閉態(tài)。大的瞬間集電極電流將通過低阻通路從集電極電源到地。不僅要降低放大器的效率，而且要使器件的可靠性降低，因?yàn)樵诟叩募簧潆妷合?，過大的集電極電流要使器件由于二次擊穿而損壞。這種瞬態(tài)的集電極電流尖峰可以用附加基一射間的電容，增大器件接通延遲時(shí)間，限止兩個(gè)晶體管都處于"閉態(tài)"的時(shí)間間隔來減弱。

ib的負(fù)脈沖愈大，持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)，ts愈長(zhǎng)，td主要取決于集電極電荷的存儲(chǔ)。隨著工作頻率的上升，晶體管的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)愈顯著，嚴(yán)重時(shí)可使兩管同時(shí)導(dǎo)通，出現(xiàn)危險(xiǎn)的雪崩，使晶體管損壞。集電極電荷存儲(chǔ)時(shí)間是隨著集電極電流的增加而增大，集電極電流又隨基極電流增加而增大，基極電流又隨激勵(lì)信號(hào)的加大而增大。因此選擇開關(guān)特性好，ft高且功率滿足要求的晶體管，設(shè)計(jì)最佳激勵(lì)，對(duì)于提高D類功率放大器的效率是完全必要的。

回路參數(shù)對(duì)p點(diǎn)電壓有相當(dāng)影響程度，圖1.41為激勵(lì)信號(hào)對(duì)P點(diǎn)波 形的影響。

基極加速電容CP對(duì)p點(diǎn)波形的影響，CP使p點(diǎn)電壓 波形的上升沿更徒，波形有所改善,略有提高。LC串聯(lián)諧振回路對(duì)p點(diǎn)電壓波形的影響是表演為電感上，它是放大器重要元件，要求Q值愈高愈好，若LC回路調(diào)諧不準(zhǔn)時(shí)，尤其回路呈感性時(shí)，p點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)激勵(lì)過大那樣的波形，對(duì)影響頗大。

激勵(lì)信號(hào)對(duì)p點(diǎn)電壓波形的影響

a信號(hào)小，功率小

b信號(hào)過大，功率大，效率低

c信號(hào)適當(dāng)，功率大，效率高

開關(guān)模式功率放大器除了上面講到的串聯(lián)，并聯(lián)式開關(guān)放大器外，還有橋式功率放大器，下面我們分析這種電路。

橋式功率放大器可分成半橋功率放大和全橋功率放大兩種形式。半橋式的原理圖如圖1.42所示

R1,R2為橋平衡電阻;C1、C2為橋臂電容，R3，R4，C3、C4為橋開關(guān)管吸收電路元件，其值可通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整。橋與負(fù)載兩者，通過變壓器B連接。

工作原理如下;當(dāng)t1時(shí)刻，U1電平觸發(fā)BG1導(dǎo)通，i1通過BG1至變壓器初級(jí)1、2向電容C2充電，同時(shí)C1上的電荷向BG1和變壓器B1初級(jí)放電。從而在輸出變壓器B1次級(jí)感應(yīng)一個(gè)正半周脈沖電壓;當(dāng)在t2時(shí)刻.BG2，被觸發(fā)導(dǎo)通，i2通過電容c1，變壓器初級(jí)2，1向BG2充電，而C2的電荷也經(jīng)由變壓器初級(jí)2，1向BG2放電。在變壓器次級(jí)感應(yīng)一個(gè)負(fù)半周脈沖電壓，從而完成一個(gè)工作頻率的周期波形。

橋式開關(guān)功率放大器其設(shè)計(jì)原理同串聯(lián)電壓開關(guān)放大器，它主要適合在大功率的超聲源中。

輸出功率的調(diào)整

一般采用以下兩種方法

1 改變激勵(lì)信號(hào)導(dǎo)通角

2 改變電源電壓

可以采用可控硅調(diào)整直流電源電壓或者采用開關(guān)控制切換電源變壓器繞組方式。

功率放大器的保護(hù)

超聲波發(fā)生器來產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的信號(hào)，這 個(gè)信號(hào)可以是正弦信號(hào)，也可以是脈沖信號(hào)，這個(gè)特定頻率是換能器工作的頻率。

超聲波設(shè)備一般使用的超聲波頻率為20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz、80KHz、100KHz或以上尚未大量使用。