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超聲波換能器與發(fā)生器之間的匹配

2021-10-27 09:22:41

聲波換能器與發(fā)生器的匹配包括兩個方面:


一是通過匹配使發(fā)生器向換能器輸出額定的電功率,這是由于發(fā)生器需要一個的負載才能輸出額定功率所致,把換能器的阻抗變換成負載,也即阻抗變換作用。


二是通過匹配使發(fā)生器輸出效率,這是由于換能器有靜電抗的原因,造成工作頻率上的輸出電壓和電流有一定相位差,從而使輸出功率得不到期望的輸出,使發(fā)生器輸出效率降低,因此在發(fā)生器輸出端并上或串上一個相反的抗,使發(fā)生器負載為純電阻,也即調(diào)諧作用。由此可見匹配的好壞直接影響著功率超聲源的產(chǎn)生和效率。


調(diào)諧匹配:由于壓電換能器有靜電容Co,磁致伸縮換能器有靜電感LO,在換能器諧振狀態(tài)時,換能器上的電壓VRL與電流IRL間存在著一相位角φ,其輸出功率PO=VRLIRLcosφ。由于φ的存在,輸出功率達不到值。只有當(dāng)φ=0時,輸出功率達值。因此為了使換能器上電壓VRL與電流IRL同相 (φ=0),則必須在換能器上,并上或串上一個相抵消的抗。

對于壓電換能器而言,即并上或串上一 個電感L0即可,而磁致伸縮換能器應(yīng)并上或串上一個電容C0。


阻抗匹配:為了使功率放大器輸出額定功率;在電源電壓給定條件下主要取決于負載阻抗。一般在D類開關(guān)型功放中,其發(fā)生器變壓器初級等效負載Rl'上的輸出功率表達式,式中,VAm為等效負載上的基波幅度;vcc為電源電壓;vces為功放管飽和壓降,故為了保證系統(tǒng)有一定功率余量(因輸出變壓器,末級匹配回路及晶體管損耗電阻都有損耗,po' 需要乘上一個約等于1.4—1.5的系數(shù)。即輸出功率po為1.5Po'。


從上式可知,在電源電壓給定之后,輸出功率的大小取決于等效負載RL’。目前大多數(shù)功率超聲發(fā)生器的負載為壓電型換能器,其阻抗約為幾十歐姆至幾百歐姆間,為了要達到要求的額定功率,因此需要對換能器負載RL進行阻抗變換。由高阻抗變換為低阻抗。一般常用的方法,通過輸出變壓器的初次級線圈的匝數(shù)比進行變換。變壓器次初級匝數(shù)比為n/m,則輸出功率PO時的初級電阻。



超聲波換能器

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