压电超声换能器驱动和电阻抗匹配电路设计

bingzhi

超声驱动电源和超声换能器之间存在着严重的阻抗失配，造成二者之间的能量传输效率较低，换能器无法从驱动电源获取最大的功率。本课题设计超声驱动电源，及与电源相匹配的电阻抗电路，实现超声电源输出效率提升，及换能器电信号的波形质量优化，
熟悉超声换能器驱动和电阻抗匹配的原理。 熟悉使用STC、STM等单片机，内部各模块的功能以及寄存器配置，熟悉C语言编程。 掌握一定的模拟数字电路、单片机电路、功率电路等硬件知识。 熟悉电路制图和数据分析软件，如Altium Designer、MATLAB等。

 问一下，有没有压电式超声波换能器的驱动电路，他们之间的电阻抗匹配怎么做。

驱动：是不是只要用单片机产生高频方波，经过功率放大器，输送到换能器，这样就可以了。

阻抗匹配呢：用变压器，电感串联吗？大佬求教

Jack315

LZ 能晒晒是哪家的压电超声换能器？具体型号是什么？有数据手册吗？

bingzhi

 50K-P28F，没

 

Jack315

没能找到 50K-P28F 的资料，因此也很难提供有比较有针对性的答案。

 

先提供一个相关资料 —— 讨论压电片 SPICE 模型的文章：

piezomodel.pdf (597.98 KB, 下载次数: 6)

2021-3-4 21:05 上传

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在多年前，据此做了一个仿真。这是原理图：

这是仿真的幅频特性图：

这个仿真实际上是对机械的相关特性的仿真，而电路中的电阻、电容实际上也是对机械参数的模拟。

 

从幅频特性可以看出，压电片有一系列的【机械】谐振点，

只要激励电信号的频率在谐振点（附近），就应该能得到比较大的机械振动幅度。

一个不太成熟的看法是：

压电片的幅频特性应该是从机械的角度来改变，

诸如阻抗匹配的办法是否能提高机械振动幅度（即能量转换效率），这个事说不好。

 

市面上有一些体积不大的压电蜂鸣器音量非常高。

这是通过提高驱动电压的幅度，还是机械结构上有相应的设计？

这个问题没有深究下去。

欢迎各位网友分享有关这方面的经验。

 

我自己的实验是，只要将压电片粘在弹性比较好的材质上，

音量就能得到一定程度上的提高。

 

压电超声换能器驱动应该就是一个简单的振荡信号，

这个信号的频率应该在压电片及其相关机械结构的谐振频率上。

 

按照推测，压电超声换能器应该有这个机械的谐振频率，

并在数据手册上标明。遗憾的是这样的数据手册没找到。

 

供 LZ 参考：

https://cn.comsol.com/video/piezoelectric-transducers-and-ultrasonic-simulations-in-comsol-multiphysics-webinar-cn

这是一个介绍 COMSOL 软件的视频，有压电片相关的建模。