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          基于51單片機(jī)的超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案

          作者: 時(shí)間:2011-11-19 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            并聯(lián)諧振具有下列特征:

            (1)諧振時(shí)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(shí)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(duì)電源呈現(xiàn)電阻性。諧振時(shí)電路的阻抗摸|Zo|相當(dāng)于一個(gè)電阻。

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

            (4)當(dāng)電路發(fā)生諧振時(shí),電路阻抗摸最大,電流通過(guò)時(shí)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(shí)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(gè)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(shí),發(fā)射結(jié)處于正向偏置,集電結(jié)處于反向偏置,即對(duì)NPN型管來(lái)說(shuō),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(shí),Ic=Iceo。對(duì)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(guò)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(shí),諧振頻率可求得,當(dāng)將振蕩電路與電源接通時(shí),在擾動(dòng)信號(hào)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(shí),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(duì)f0這個(gè)頻率來(lái)說(shuō),電壓放大倍數(shù)最高,當(dāng)滿足自激振蕩的條件時(shí),就產(chǎn)生自激振蕩。對(duì)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(hào)。當(dāng)改變LC電路的參數(shù)L或C時(shí),輸出信號(hào)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。

            

          基于51單片機(jī)的超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案

            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(hào)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(hào)頻率應(yīng)為輸入信號(hào)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。

            

          基于51單片機(jī)的超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案

            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(mén)電路,非門(mén)主要是將輸入信號(hào)波整合成方波以便于后面與門(mén)對(duì)波的進(jìn)一步處理。只要工作電壓達(dá)到非門(mén)的開(kāi)啟電壓經(jīng)過(guò)這樣的處理就可將輸入波整合成方波,如圖6所示。

            

          基于51單片機(jī)的超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案

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



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