CN104014472B - 超声波发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明所述超声波发生器，包括正向电极、负向电极、直流电源和连接在正向电极和负向电极之间的基准水位检测电路，所述直流电源连接正向电极，还包括用于产生基准电压的基准电路、第一相对水位检测电路；所述第一相对水位检测电路由第一相对电极、第一比较器、或门、发光器件组成，所述第一相对电极水位检测点高于负向电极水位检测点。本发明所述超声波发生器，通过设置高度不同的电极检测不同高度的水位，并引入前一级水位检测电路的结果进行逻辑运算，克服了原有水位计可能出现的误判缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种超声波发生器。
背景技术
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
在电力领域，超声波发生器可以用于电网驱鸟，野外驱虫等低频率精度要求下的应用，现有设备普遍大量使用各种高精度功放芯片等组合使用，虽然精度很好，但造价较高，且输出功率不足，不利于大规模在野外使用。
发明内容
为克服现有超声波发生器价格高，输出功率不足的技术缺陷，本发明公开了一种超声波发生器。
本发明所述超声波发生器，包括直流电源，还包括方波发生器、多谐振荡器和用于放大并输出音频信号的放大级，所述方波发生器的方波输出端与多谐振荡器的信号触发端连接，所述多谐振荡器的输出端与放大级的输入端连接；
所述多谐振荡器包括参数相同的一对输入三极管和一对谐振电容对；每一输入三极管基极与另一输入三极管集电极之间通过一个谐振电容连接，输入三极管发射极到地之间串联有发射极电阻，基极通过基极电阻与信号触发端连接，集电极连接电源；
所述放大级由放大NMOS管和音频功放串联组成，所述放大NMOS管栅极连接任一输入三极管的集电极。
优选的，所述方波发生器由三角波电路、脉宽比较器和基准电压源组成，所述三角波电路和基准电压源的输出端分别连接脉宽比较器的输入端，所述脉宽比较器输出端与多谐振荡器的信号触发端连接。
进一步的，所述基准电压源由串联在电源和地线之间的第一固定电阻和第一可调电阻组成，两个电阻的公共节点作为基准电压输出端。
进一步的，所述三角波电路由充电管、复位管、充电电容、上拉电阻、反相器和调节电阻串组成，所述充电电容和调节电阻串并联在充电管和地线之间，充电管源级连接电源，上拉电阻和复位管串联后连接在电源和地线之间，上拉电阻和复位管公共端连接充电管栅极，复位管栅极连接反相器输出端，所述反相器的输入端连接调节电阻串的中间节点。
更进一步的，所述调节电阻串由固定电阻和可调电阻组成。
优选的，所述谐振电容通过整流二极管与输入三极管基极连接，所述整流二极管正极连接输入三极管基极。
优选的，所述放大NMOS管的栅极与地之间连接有稳压二极管。
优选的，所述输入三极管集电极通过集电极电阻连接电源。
本发明所述超声波发生器，通过大量使用成本极低的普通分离器件组合实现超声波的产生和放大功能，利用直流电作为电源，使得各类器件无须选择成本较高的高压器件，输出的超声波频带范围宽，功率强，传播范围大，能较好的应用于驱鸟驱虫。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式示意图；
附图中标记及相应的零部件名称：T1-第一输入三极管，T2-第二输入三极管，INV-反相器，P1-充电管，N1-放大NMOS管，N2-复位管，RPU-上拉电阻，R21-第一固定电阻，R22-第一可调电阻，R31-第二固定电阻，R32-第二可调电阻，RC-集电极电阻，RE-发射极电阻RB-基极电阻，COMP-脉宽比较器，C1-第一谐振电容，C2-第二谐振电容，C3-第三谐振电容，D1-整流二极管，D2-稳压二极管，OP-音频功放。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所述超声波发生器，包括直流电源，还包括方波发生器、多谐振荡器和用于放大并输出音频信号的放大级，所述方波发生器的方波输出端与多谐振荡器的信号触发端连接，所述多谐振荡器的输出端与放大级的输入端连接；
所述多谐振荡器包括参数相同的一对输入三极管和一对谐振电容对；每一输入三极管基极与另一输入三极管集电极之间通过一个谐振电容连接，输入三极管发射极到地之间串联有发射极电阻，基极通过基极电阻与信号触发端连接，集电极连接电源；
所述放大级由放大NMOS管和音频功放串联组成，所述放大NMOS管栅极连接任一输入三极管的集电极。
本发明的基本原理是产生方波后，利用多谐震荡器自激产生二次谐波，由于二次谐波的频率相对基波较高，且频带较宽，当输入信号频率在声波上限附近时，通常会产生位于超声波频段的二次波，再将二次超声波放大后从音频功放输出。
方波发生器可以用现有的集成电路芯片，也可以选择分离器件自行搭建，如图1中给出了本发明的一种具体实现方式，所述方波发生器由三角波电路、脉宽比较器COMP和基准电压源组成，所述三角波电路和基准电压源的输出端分别连接脉宽比较器的输入端，所述脉宽比较器输出端与多谐振荡器的信号触发端连接。其中所述基准电压源由串联在电源和地线之间的第一固定电阻R21和第一可调电阻R22组成，两个电阻的公共节点作为基准电压输出端。通过调节可调电阻，可以调节基准电压点，从而调节输出方波的占空比。
基准电压值应届于三角波电路产生的最大电压值和最小电压值之间，同时输入到脉宽比较器后，基于脉冲宽度调制的原理，比较器输出端产生一个频率与三角波频率相同的方波信号。
本发明基于简化设计的原则，在图1中给出了三角波电路的一种具体产生方式，三角波电路由充电管P1、复位管N2、充电电容C3、上拉电阻RPU、反相器INV和调节电阻串组成，所述充电电容和调节电阻串并联在充电管和地线之间，充电管为P管，源级连接电源，上拉电阻和复位管串联后连接在电源和地线之间，上拉电阻和复位管公共端连接充电管栅极，复位管栅极连接反相器输出端，反相器的输入端连接调节电阻串的中间节点。
上述三角波产生电路利用基本的电容充电-反馈-放电-充电循环过程，假设初始阶段充电电容C3上电压为零，P1开启，为电容充电，利用调节电阻串设定电容充电的上限阈值，如图1所示，调节电阻串由第二固定电阻和第二可调电阻串联，中间节点为电压输出点，当中间节点的电压值达到所连接的反相器的逻辑高电平时，反相器输出低电平，使复位管N2关闭，由于上拉电阻RPU的作用，充电管栅极电压升高，P管关闭，C3电压通过调节电阻串放电，至反相器再次翻转。
可以在充电管源级串联限流电阻RIL，调节充电电流。
利用脉宽比较器COMP，基于公知的脉冲宽度调制原理，将三角波与基准点压比较，从COMP的输出端得到方波信号。
方波信号输入到多谐振荡器的输入端，如图1所示，利用多谐振荡器技术，可以得到高频次谐波，频段涵盖超声波范围，多谐振荡器一旦触发，在两个暂稳态之间连续切换。
利用多谐振荡器产生高频高次谐波是成熟的现有技术，这里简述多谐振荡器的工作原理：利用两个三极管T1和T2之间必然存在的工艺参数误差，当T1饱和时，将其集电极电位拉低，迫使T2的基极电位随之降低，使T2截止，C2被电源通过集电极电阻RC充电，同时由于T1导通，使C1放电，T2基极电压上升，直到T2导通，T2一旦导通，迅速进入饱和区，重复上述过程，只是导通管为T2，截止管为T1即可。根据现有理论，上述振荡周期T=1.4RB*C，其中C为C1或C2的容值，RB为基极电阻阻值。适当取值，可以使产生的谐波频率全部或大部位于超声频段。
在T1和T2的基极串联整流二极管，整流二极管正极连接输入三极管基极，可以有效过滤由于导线传输电感产生的反向电流，减少杂波。
产生的高次谐波通过后续的放大电路放大，放大级由放大NMOS管和音频功放串联组成，所述放大NMOS管栅极连接任一输入三极管的集电极，优选方式可以在放大NMOS管的栅极与地之间连接有稳压二极管，以保护放大NMOS管的栅极。音频功放选择带宽覆盖超声频段的芯片，例如INA332，CX20106等。
如上所述，可较好的实现本发明。
Claims (6)
1.超声波发生器，包括直流电源，其特征在于，还包括方波发生器、多谐振荡器和用于放大并输出音频信号的放大级，所述方波发生器的方波输出端与多谐振荡器的信号触发端连接，所述多谐振荡器的输出端与放大级的输入端连接；
所述多谐振荡器包括参数相同的一对输入三极管和一对谐振电容对；每一输入三极管基极与另一输入三极管集电极之间通过一个谐振电容连接，输入三极管发射极到地之间串联有发射极电阻，基极通过基极电阻与信号触发端连接，集电极连接电源；
所述放大级由放大NMOS管和音频功放串联组成，所述放大NMOS管栅极连接任一输入三极管的集电极；
所述方波发生器由三角波电路、脉宽比较器和基准电压源组成，所述三角波电路和基准电压源的输出端分别连接脉宽比较器的输入端，所述脉宽比较器输出端与多谐振荡器的信号触发端连接；
所述谐振电容通过整流二极管与输入三极管基极连接，所述整流二极管正极连接输入三极管基极。
2.根据权利要求1所述的超声波发生器，其特征在于，所述基准电压源由串联在电源和地线之间的第一固定电阻和第一可调电阻组成，两个电阻的公共节点作为基准电压输出端。
3.根据权利要求1所述的超声波发生器，其特征在于，所述三角波电路由充电管、复位管、充电电容、上拉电阻、反相器和调节电阻串组成，所述充电电容和调节电阻串并联在充电管和地线之间，充电管源级连接电源，上拉电阻和复位管串联后连接在电源和地线之间，上拉电阻和复位管公共端连接充电管栅极，复位管栅极连接反相器输出端，所述反相器的输入端连接调节电阻串的中间节点。
4.根据权利要求3所述的超声波发生器，其特征在于，所述调节电阻串由固定电阻和可调电阻组成。
5.根据权利要求1所述的超声波发生器，其特征在于，所述放大NMOS管的栅极与地之间连接有稳压二极管。
6.根据权利要求1所述的超声波发生器，其特征在于，所述输入三极管集电极通过集电极电阻连接电源。
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