基于51單片機的超聲波理療儀設計

5 功率放大器設計
超聲發生器的功率放大電路除了要具有一般放大器中的整流、振蕩、放大和保護等通用電路外，還應有一些特殊的電路，如頻率自動跟蹤、匹配、功率自動控制、振動系統振幅控制等電路。這些電路是發生器負載(即換能器)的特殊性質所要求的。通常發生器有一個最佳負載值(有時亦稱為輸出阻抗)，只有當實際負載等于此值時，發生器才能工作于設計狀態，并向負載提供額定的輸出。否則就需要通過輸出變壓器作阻抗變換。除此之外，還必須進行調諧，因為換能器為一有抗負載，因此，直接聯接到發生器上會產生相當大的無功損耗，這不僅會使效率降低，而且會影響到發生器的安全使用。因而需要有一個電抗相反的元件來“抵消”換能器中電抗分量的影響，這就是所謂的調諧。在此功放中，比較重要的就是匹配，由于壓電換能器有靜電容，而且磁致伸縮換能器有靜電感，因此，在換能器諧振狀態時，換能器上的電壓與電流間存在著一相位角φ，其輸出功率P=cosφ。由于φ的存在，輸出功率達不到最大值。只有當φ=0時，輸出功率才可達最大值。因此，為了使換能器上電壓VRL與電流同相(φ=0)，就必須在換能器上并聯或串聯一個相抵消的阻抗。對于壓電換能器而言，即并聯或串聯一個電感即可，而磁致伸縮換能器則應并聯或串聯一個電容。
對于超聲波的功率放大部分，本文做了一些測量和計算，實際電路的設計為三級放大。圖5所示是其前級電路，其中采用場效應管作為第一級前端放大，其后使用射集放大電流。每個放大在輸出端都加入了射集輸出電路以此來降低輸出阻抗，從而達到放大電流的效果。中間級三極管放大電路如圖6所示，其輸入和輸出都有電容濾波，并在輸出端加入射集跟隨器，以降低輸出阻抗。末級三極管放大電路采用東芝公司的2SC3281功率三極管，其電路如圖7所示。