超声波发生器

超声波发生器，又称超声波驱动电源、电子箱、超声波控制器，是大功率超声系统的重要组成部分。

超声波发生器作用是把市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作。大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采用开关电源的电路形式。

超声波电源分为自激式和它激式电源，自激式电源称为超声波模拟电源，它激式电源称为超声波发生器。

• 中文名

• 超声波发生器

• 外文名

• The ultrasonic generator

• 别称

• 超声波驱动电源、电子箱等

• 所属系统

• 大功率超声系统

1. 1简述

2. 2原理

3. 3反馈信号

4. ▪输出功率

5. ▪频率跟踪

6. 4优点

1. 5分类

2. ▪综述

3. ▪频率可调

4. ▪发生器

5. ▪控制箱

6. ▪高频发生器

1. ▪机械式

2. ▪数字显示

3. ▪D类功率放大器

4. ▪分析与设计

5. ▪桥式功率放大器

超声波发生器采用世界领先的他激式震荡电路结构，较自激式震荡电路结构在输出功率增加10%以上。

超声波放大电路形式采用线性放大电路和开关电源电路。

开关电源电路的优点：转换效率高，因此大功率超声波电源采用此形式。

线性电源电路的优点：不严格要求电路匹配，允许工作频率连续快速变化。

超声波发生器来产生一个特定频率的信号，这

超声波发生器(3张)

个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率是换能器工作的频率。

超声波设备一般使用的超声波频率为20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz、80KHz、100KHz或以上尚未大量使用。

完善的超声波发生器有反馈环节，主要提供以下二个方面的反馈信号。

当超声波发生器接入电压的发生变化时，发生器的输出功率也随着发生变化。会使超声波换能器的机械振动不稳定，导致工作效果不佳。因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定。

换能器工作在谐振频率点时效率最高，工作最稳定。

而换能器的谐振频率点会因装配和工作老化而改变。如果改变的频率只是漂移，变化不大，频率跟踪信号可以控制信号发生器，使信号发生器的频率在一定范围内跟踪换能器的谐振频率点，让发生器工作在最佳状态。

1. 超声波发生器能监控大功率超声波系统的工作频率、功率。

2. 能够根据用户不同要求，实时调整各种参数：如功率、振幅、运行时间等。

可分为频率可调超声波发生器、100W/300W超声波发生器、小功率超声波发生器、高频超声波发生器、大功能超声波发生器、数字显示超声波发生器。

新式，功率从"0"~3000瓦功率可调，频率从20KHZ~40KHZ可调的超声波发生器。使用换能器不同，超声波发生器都可共用。

结构合理，做到防潮、防冲击、防烧管、操作简单。从没有使用过超声波清洗机，对频率功率不了解的人，只要有点电工常识的人都一看就会。

随着现代电子技术，特别是微处理器(uP)及信号处理器(DSP)的发展，超声波发生器的功能越来越强大，但不管如何变化，其核心功能应该是如下所述的内容，只是每部分在实现时技术不同而已。超声波发生器来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率就

超声波发生器

是超声波换能器的频率，一般在超声波设备中使用到的超声波频率为25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；100KHz

相信使用面会逐步扩大．比较完善的超声波发生器还应有反馈环节，主要提供二个方面的反馈信号：

第一个是提供输出功率信号，我们知道当超声波发生器的供电电源（电压）发生变化时．超声波发生器的输出功率也会发生变化，这时反映在超声波换能器上就是机械振动忽大忽小，导致清洗效果不稳定．因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定。

第二个是提供频率跟踪信号．当超声波换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而超声波换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号超声波发生器，使信号超声波发生器的频率在一定范围内跟踪超声波换能器的谐振频率点．让超声波发生器工作在最佳状态。

超声波内置发生器，一体式超声波发生器。

一．性能简小功率超声波发生器介：控制箱采用微电脑控制下的它激式线路，频率自动跟踪及扫频工作方式等先进技术。与传统控制箱相比，具有工作稳定可靠、超声功率连续可调，能最大限度地发挥换能器的潜能。工作频率自动跟踪，使输出匹配更佳，功率更加强劲，效率更高。独特的扫频工作方式，使清洗液在扫频的作用下形成一股细小的回流，及时把超声剥离下来的污垢带离工件表面，从而达到更快速、更彻底的清洗效果，超声清洗效率更高。同时，具有完善的保护功能：过热保护和过流保护，工作更加可靠。

小功率超声波发生器配合数码功率调整可适应各种不同的清洗要求。

二．主要技术指标：工作电压： 220V 10% 额定功率 100W 200W 300W 工作频率：28 KHz 40KHZ 时间

控制： 0--59分59秒 功率控制范围：0-100%

适用于：小功率超声波清洗机，家用清洗机，内置发生器型超声波机。

一．性能简介：

控制箱采用 微电脑控制下的它激式线路，频率自动跟踪及扫频工作方式等先进技术。与传统控制箱相比，具有工作稳定可靠、超声功率连续可调，能最大限度地发挥换能器的潜能。工作频率自动跟踪，使输出匹配更佳，功率更加强劲，效率更高。独特的扫频工作方式，使清洗液在扫频的作用下形成一股细小的回流，及时把超声剥离下来的污垢带离工件表面，从而达到更快速、更彻底的清洗效果，超声清洗效率更高。同时，具有完善的保护

功能：过热保护和过流保护，工作更加可靠。

工作电压： 220V 10% 额定功率 600W 900W 1200W 1500W 1800W 2400W 2700W 工作电流 2.5A 3.5A

4.5A 5A 工作电流： 请注意，设备不能在长时间在大于额定电流的状态下运行环境温度： 0-40C° 相对湿度：40%--90%

工作频率：25KHZ 28KHz 40KHZ 35KHZ 68KHZ 120KHZ 时间控制： 0--59分59秒 功率控制范围：0-100%

16级数控调节机内过热保护：65 C° 外型尺寸： L x W x H =300 x 360 x 150 。

由超声波发生器产生的高于28KHZ音频电信号，通过换能器的压电逆效应转换成同频率的机械振荡，并以超

音频纵波的形式在清洗液中辐射。由于超音频纵波传播的正压和负压交替作用，产生无数超过1000个大气压的微

小气泡并随时爆破，形成对清洗物表面的细微局部高压轰击，使物体表面及缝隙之中的污垢迅速剥落，这就是超

声波清洗所特有的“空化效应”。

概述

1. 传统的A类、B类、C类放大器是把有源器件(例如晶体管为讨论对象)作为电流源工作。在这些放大器中，晶体管工作在伏安特性曲线的有源区。集电极电流受基极激励信号控制作相应变化，而集电极电压是正弦波或正弦波的一部分。因此集电极在信号一周内同时存在颇大的电流和电压。要消耗相当一部分功率，这就是传统放大器的能量转换效率受限制的主要原因。开关模式放大器在提高放大器效率方面做了质的改革，它把有源器件作为接通/断开的开关运用。晶体管工作在伏安特性曲线的饱和区或截止区。当晶体管被激励而接通时进入饱和区，断开时进入截止区。由于晶体管饱和压降很低，集电极功耗降到最低限度，提高了放大器的能量转换效率。一般在理想的晶体管条件下(饱和压降为零，饱和电阻为零．断开电阻为无穷大，开关时间为零)，属于开关模式工作的D类放大器，理论效率为100%，实际效率可达90%以上。而通常的A类放大器效率只有 50%，B类效率为78．5%。从而可以看出开关模式功率放大器在功率超声的应用中具有相当大的实际意义。

实际使用中大多数的超声波发生器都是b,c类放大器，c类居多，部分特殊用途的设计为b类。

推挽式D类功率放大器如图1．35所示，输入激励信号使一管导通时另一管截止，导通截止时 间各占交流半周期。这种放大器有两种组态，一种是电压开关放大器图1，35(a)；另一种是电流开关放大器(图1．35(b))。在电压开关组态中，晶体管作为电压开关工作，集电极电压为方波，串联调谐电路只让基波电流通过。因此输出电压为集电极电压的基波分量，集电极电流为半个正弦波。在电流开关组态中，晶体管起电流开关作用。扼流圈L、，维持恒定的直流馈电电流，集电极电流为方波，而集电极电压为半个正弦波。

这里着重介绍电压开关型放大器。在功率超声中电压型开关放大器用得较多，其原因：

一是从饱和损耗来看．电压开关放大器通常比电流开关放大器小，因为电压开关放大器中晶体管电流仅在180。饱和期间是大的，而在电流开关放大器中，整个导通角内保持峰值集电极电流；另外方波电流时的饱和电压往往要大于正弦电流下的饱和电压；

二是电流开关型的效率比电压开关型放大器低。但电流开关放大器取得功率的能力要强些；

三是在电流开关电路中，当负载R突然断开时所出现的瞬态效应，会使开关承受较高的浪涌电压，因此降低了开关元件伏安容量的利用率。同时给设计者带来一定的麻烦。

四是用相同开关元件，电流开关电路比电压开关电路的选用电源电压要低n倍，电源供出的电流大x倍。

五是负载失调时，通过电压开关的电流变小，通过电流开关的电流变大。如果设计要求发生器能在一定的失调范围内工作，则电流开关电路对晶体管伏安容量的利用率又要降低好多。

然而以上两种开关放大器其基本形式的输出特性都是恒压源性质，同时在固定负载下，伏安容量利用率相等。用相同的开关元件可以得到相同的输出功率。

电压型开关放大器还可分成并联型电压开关放大器，如图1-35(a)所示和串联型电压开关放大器，如图1．36所示。

必须注意的是，无论开关如何连接，只要它们“开关出来的”是电压源，即只要它们是用作 电压开关的，那么，它们的负载只能是一个串联谐振电路。这是因为电容在这里不允许作为“开关出来的”方波电压源的负载。否则，由于电容对高次谐波的短路作用．会给开关带来危害。

串联开关电路和并联开关电路的原理是完全一样的。因此设计也是类同的，仅有的区别在于电源电压的选择方面。如果开关元件所能承受的电流和电压是一定的，那么并联接法比串联接法所选 用的电源电压应低一倍，而电源供出的电流应大一倍，举例来说，如果用串联开关选220V电压消耗4A电流，那么改用并联开关时应选110V电压消耗8A电流。

我们以串联电压开关型D类功率放大器为例，如图1. 37所示，该图与图1．36实际是等效的，所不同的是图1．36中的负载Rl可看作变压器次级换能器在谐振时的纯阻反映到变压器初级的电阻。BG1与BG2为两个参数基本相同的晶体管，LC串联回路对工作频率fo谐振。

假如激励信号是频率为fo的正弦波，在正半周时，BG1饱和导通，BG2截止；负半周时BG1截止，BG2饱和导通。图1．38为其电压、电流波形。

当BG1饱和导通时，p点电压为电源电压vcc减去BG1的饱和压降vcs。当BG2饱和导通时，p点电压则为BG2的饱和压降vcs,两管参数基本相同，故vcs1=vcs2=vcs且Up为矩形波。

经过LC串联谐振回路选频滤波后．在负载电阻Rl．上就可得到频率为fo的正弦波电压ul，完成其放大功能。

由于两管轮流导通处于开关工作状态，up为矩形波，故称为电压开关型，且输出的最低谐波是三次，所以输出波形较好。

根据周期性对称方波谐波表示式：

式中Upm是方波振幅，ωo是基波角频率，在D类开关电路中

当LC回路谐振于fo时，在RL上的基波电压幅度为

所以RL上的有效值电压为

放大器的输出功率：

又因

这里IA为基波电流的有效值，其峰值为

所以流过晶体管的直流分量ICO为

电源输入功率为：

放大器的效率η为：

可见，当晶体管的饱和压降vcS愈小，则放大器的效率愈高，若VCS→0则η→100%。以上是在 电感、电容、晶体管都不计损耗的理想情况下得到的结果，实际上是有损耗的。其损耗主要存在着两类，在高频运用时，其晶体管内部损耗更不容忽视的。

(1)闭态饱和损耗

由(1．101)式可知．晶体管饱和压降愈大则效率越低。理论和实验可以说明，随着频率的升高和功率加大，饱和压降将迅速增大，为了减小饱和损耗，必须选用fT高的晶体管。一般来说，对小功率管(