基于51單片機的超聲波發生器設計方案

　　并聯諧振具有下列特征：

　　(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電阻性。諧振時電路的阻抗摸|Zo|相當于一個電阻。

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

　　(4)當電路發生諧振時，電路阻抗摸最大，電流通過時在電路兩端產生的電壓也是最大。當電源為其他頻率時電路不發生諧振，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。電路的品質因數Q值越大，選擇性越強。

　　通常把晶體管的輸出特性曲線分為3個工作區：

　　(1)放大區。輸出特性曲線的近于水平部分是放大區。在放大區，Ic=βIb。放大區也稱為線性區，因為Ic和Ib成正比的關系。當晶體管工作于放大區時，發射結處于正向偏置，集電結處于反向偏置，即對NPN型管來說，應使Ube>O，Ubc

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

　　(3)飽和區。當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)，它是并聯交流電路。當發生并聯諧振時，諧振頻率可求得，當將振蕩電路與電源接通時，在擾動信號中只有頻率為f0的分量才發生并聯諧振。在并聯諧振時，LC并聯電路的阻抗最大，并且是電阻性的(相當于集電極負載電阻Rc)。因此，對f0這個頻率來說，電壓放大倍數最高，當滿足自激振蕩的條件時，就產生自激振蕩。對于其他頻率的分量，不能產生并聯諧振，這就達到了選頻的目的。在輸出端得到的只是頻率為f0的信號。當改變LC電路的參數L或C時，輸出信號的振蕩頻率也就改變，于是就可以進行倍頻，本實驗用的是五倍頻，如圖4所示。

　　在實驗中已知頻率和電容參數計算電感參數，由已知條件可得：Ll=L2=11257.9 nH;L3=112.58 nH。

　　由單片機輸出的信號頻率即在A1點或A2點(0.03 MHz)經由5倍頻放大后輸出的信號頻率應為輸入信號頻率的5倍即為A3點或A4點(O.15 MHz)，仿真結果如圖5所示。

　　2.3 整波電路的設計

　　在本實驗中運用的是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一步處理。只要工作電壓達到非門的開啟電壓經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點或A4點(0.15 MHz)經由兩個非門后(即在A5點或A6點)輸出的信號應為方波，仿真結果如圖7所示。