換能器驅動電路

下面是項目最后一部分的電路圖——換能器驅動器。如電路圖所示，這是一個基于無處不在的微型時間芯片 NE555P (IC1) 的棘手振蕩器設計，用于為霧化器傳感器產生適當的驅動脈沖序列。在電路中，5K 多圈微調電位器 (RP1) 可用于將振蕩器頻率設置為 113 kHz (±5 kHz) (TP1)。即使超聲波霧化器設備配置為在單個 5-Vdc 至 12-Vdc 輸入上運行，除了 5-V 穩壓直流電之外，該傳感器驅動器還需要一個 20-Vdc 至 26-Vdc (V_DRIVE) 電源通道供應軌。

因為電路圖非常簡單且不言自明，所以我將繼續進行項目的其余部分，而不會給出詳細的電路描述。下面，您可以看到我在運行連接在一塊普通電路板上的超聲波霧化器原型時捕獲的兩個波形圖(TP2 和 TP3)。

我以每件 2 美元的價格從一位值得信賴的中國賣家那里購買了 113 kHz(20 毫米)換能器。以下是賣家提供的機器翻譯中文數據表的摘錄：--電路一點通

直徑：20 毫米

頻率：113 kHz (±3 kHz)

靜態電容：3,000 pF (±15% pF)

額定電壓：70 V(最大)

額定功率：2.5W(正常使用1.5W)

該原型還使用不同的 105-kHz (±5 kHz) 換能器進行了成功測試。以下是其主要規格：

直徑：16 毫米

工作頻率：105 kHz (±5 kHz)

最大功率：2W

峰值輸出電壓：65V (±5V)

紋波(最大功率)：100 mV

電源電路

電源電路是一個 DC/DC 升壓轉換器穩壓器，連接在廉價且非常流行的八引腳芯片 MC34063A (IC1) 周圍。此處，其標稱輸出由組件 R4 和 R5 調整為 20 Vdc。該電路嚴格遵循數據表中給出的應用示例，因此您可以根據需要對其進行調整。

上述兩個電路中的所有電解電容器均為 40-Vdc 額定值，而 180-μH(180 μH 至 220 μH)電感器 (L1) 為 1-A“鼓芯”型電感器。邏輯電平功率 MOSFET IRLZ44 (T1) 需要一個小散熱器。請注意，電源部分經過專門定制，可以通過外部 USB 標準電源輕松為整個超聲波霧化器供電。它接受來自任何其他電源(例如合適的電池和/或墻上適配器)的 5V 至 12V 范圍內的直流輸入。

可選的瞬時按鈕開關 (S1) 與 2K7 電阻器 (R6) 相結合，讓您僅在需要時短時間內提高霧氣密度。請注意，當您按住 S1 時，最終輸出電壓 (V_DRIVE) 將升高至 26 Vdc，直到它被釋放。

接近最終版本的原型已經在我的實驗室內進行了測試，并且在水面上使用更細的顆粒和更高的噴霧水平效果很好，正如預期的那樣。可悲的是，我找不到數碼單反相機來拍攝測試時刻的好視頻。但是，您可以在下面看到我的低端智能手機相機拍攝的靜態圖像。

最后的想法

實際上，我在想設計的是一個與微控制器兼容的換能器驅動電路(見下面的藍圖)。

問：如何找出“未知”超聲波換能器的共振頻率?

A：超聲波換能器是一塊具有特定共振頻率的金屬和陶瓷。要使換能器工作在共振狀態，它必須由高頻交流信號驅動。確定諧振頻率的最佳方法是繪制換能器的阻抗譜。這通常使用非常昂貴的網絡分析儀來完成，但如果示波器軟件具有合適的功能，也可以使用簡單的 USB 示波器和掃描頻率發生器來完成。

后記：對于非常快速的實驗，只需從電路中省略 78L05 和 MC34063 IC。然后使用穩定的 5-Vdc 電源為振蕩器電路 (NE555) 供電，并使用穩定的 20/24/26 Vdc 為驅動器電路 (IRLZ44) 供電。您將需要一個雙通道電源來進行最小的實驗測試設置。

審核編輯：湯梓紅

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