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超声波发生器与换能器匹配

文章出处:南方力劲浏览次数: 发表时间:2015.08.03
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超声波发生器与换能器匹配包括两个方面,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最佳的负载才能输出额定功率所致,把换能器的阻抗变换成最佳负载,也即阻抗变换作用;二是通过匹配使发生器输出效率最高,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最大输出,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。

调谐匹配: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POVRLIRLcosφ。由于φ的存在,输出功率 达不到最大值。只有当φ=0时,输出功率达最大值。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

阻抗匹配:为了使功率放大器输出额定功率最大;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(因输出变压器,末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗,po' 需要乘上一个约等于1415的系数。即输出功率po15Po';从上式可知,在电源电压给定之后,输出功率的大小取决于等效负载RL。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百欧姆间,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nm,则输出功率PO时的初级电阻。

 

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