基于51單片機(jī)的超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案

　　并聯(lián)諧振具有下列特征：

　　(1)諧振時電路的阻抗摸為|Zo|=1/(RC/L)=L/RC。其值最大，即比非諧振情況下的阻抗摸要大。因此在電源電壓U一定的情況下，電路中的電流I將在諧振時達(dá)到最小值，即I=IO=U/(L/RC)=U/|Zo|。

　　(2)由于電源電壓與電路中電流同相(∮=0)，因此電路對電源呈現(xiàn)電阻性。諧振時電路的阻抗摸|Zo|相當(dāng)于一個電阻。

　　(3)諧振時各并聯(lián)支路的電流為：IL=U/2πfoL;Ic=U/(1/2πfoC)，可見IL=Ic>Io，品質(zhì)因數(shù)Q=IL/Io。

　　(4)當(dāng)電路發(fā)生諧振時，電路阻抗摸最大，電流通過時在電路兩端產(chǎn)生的電壓也是最大。當(dāng)電源為其他頻率時電路不發(fā)生諧振，阻抗摸較小，電路兩端的電壓也較小。這樣就起到了選頻的作用。電路的品質(zhì)因數(shù)Q值越大，選擇性越強(qiáng)。

　　通常把晶體管的輸出特性曲線分為3個工作區(qū)：

　　(1)放大區(qū)。輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū)，Ic=βIb。放大區(qū)也稱為線性區(qū)，因?yàn)镮c和Ib成正比的關(guān)系。當(dāng)晶體管工作于放大區(qū)時，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，即對NPN型管來說，應(yīng)使Ube>O，Ubc

　　(2)截止區(qū)。Ib=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。Ib=0時，Ic=Iceo。對NPN型硅管而言，當(dāng)Ube

　　(3)飽和區(qū)。當(dāng)Uce

　　LC選頻電路接在集電極電路中，通過的交流電流為Ic，其兩端交流電壓為Uce(即為輸出電壓)，它是并聯(lián)交流電路。當(dāng)發(fā)生并聯(lián)諧振時，諧振頻率可求得，當(dāng)將振蕩電路與電源接通時，在擾動信號中只有頻率為f0的分量才發(fā)生并聯(lián)諧振。在并聯(lián)諧振時，LC并聯(lián)電路的阻抗最大，并且是電阻性的(相當(dāng)于集電極負(fù)載電阻Rc)。因此，對f0這個頻率來說，電壓放大倍數(shù)最高，當(dāng)滿足自激振蕩的條件時，就產(chǎn)生自激振蕩。對于其他頻率的分量，不能產(chǎn)生并聯(lián)諧振，這就達(dá)到了選頻的目的。在輸出端得到的只是頻率為f0的信號。當(dāng)改變LC電路的參數(shù)L或C時，輸出信號的振蕩頻率也就改變，于是就可以進(jìn)行倍頻，本實(shí)驗(yàn)用的是五倍頻，如圖4所示。

　　在實(shí)驗(yàn)中已知頻率和電容參數(shù)計(jì)算電感參數(shù)，由已知條件可得：Ll=L2=11257.9 nH;L3=112.58 nH。

　　由單片機(jī)輸出的信號頻率即在A1點(diǎn)或A2點(diǎn)(0.03 MHz)經(jīng)由5倍頻放大后輸出的信號頻率應(yīng)為輸入信號頻率的5倍即為A3點(diǎn)或A4點(diǎn)(O.15 MHz)，仿真結(jié)果如圖5所示。

　　2.3 整波電路的設(shè)計(jì)

　　在本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用的是CD4069集成非門電路，非門主要是將輸入信號波整合成方波以便于后面與門對波的進(jìn)一步處理。只要工作電壓達(dá)到非門的開啟電壓經(jīng)過這樣的處理就可將輸入波整合成方波，如圖6所示。

　　由5倍頻放大器輸出的信號頻率即在A3點(diǎn)或A4點(diǎn)(0.15 MHz)經(jīng)由兩個非門后(即在A5點(diǎn)或A6點(diǎn))輸出的信號應(yīng)為方波，仿真結(jié)果如圖7所示。