超聲波換能器與發(fā)生器的匹配

2022-04-07 03:44:58

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超聲波換能器與發(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。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φ=0時，輸出功率達值。

超聲波換能器

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并上或串上一個電容C0。

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。

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。