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超声波换能器与发生器的匹配

2021-04-07 03:44:58

声波换能器与发生器的匹配包括两个方面,一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率,这是由于发生器需要一个的负载才能输出额定功率所致,把换能器的阻抗变换成负载,也即阻抗变换作用。二是通过匹配使发生器输出效率,这是由于换能器有静电抗的原因,造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差,从而使输出功率得不到期望的输出,使发生器输出效率降低,因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗,使发生器负载为纯电阻,也即调谐作用。


由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。由于压电换能器有静电容Co,磁致伸缩换能器有静电感LO,在换能器谐振状态时,换能器上的电压VRL与电流IRL间存在着一相位角φ,其输出功率PO=VRLIRLcosφ。由于φ的存在,输出功率 达不到值。只有当φ=0时,输出功率达值。


超声波换能器


因此为了使换能器上电压VRL与电流IRL同相 (φ=0),则必须在换能器上,并上或串上一个相抵消的抗。对于压电换能器而言,即并上或串上一 个电感L0即可,而磁致伸缩换能器应并上或串上一个电容C0。


为了使功率放大器输出额定功率;在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式,式中,VAm为等效负载上的基波幅度;vcc为电源电压;vces为功放管饱和压降,故为了保证系统有一定功率余量。


目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器,其阻抗约为几十欧姆至几大阳城娱乐姆间,为了要达到要求的额定功率,因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。由高阻抗变换为低阻抗。一般常用的方法,通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。变压器次初级匝数比为n/m,则输出功率PO时的初级电阻。



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