36000字硕士毕业论文基于AVR单片机的超声波发生器分析

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：36000字

论点：电路,功率,超声波

论文概述：

本文主要的工作是解决超声波换能器由于负载变化剧烈、发热、老化、磨损等原因而发生变化，导致超声波换能器的谐振频率漂移的问题，研究的是一种传统的自激式超声波电源，串联谐振频率

论文正文：

第一章绪论

近年来，我国超声波技术的研究非常活跃。随着科学技术的飞速发展和学科间的相互渗透，超声工程在许多领域发挥着非常重要的作用。根据其研究内容，可分为检测超声和功率超声。超声波获得一些信息，它在通信中的应用称为超声波检测。超声波检测主要应用于超声波流量计、超声波探伤、超声波测厚仪、水下超声波定位检测、超声波浓度和声速检测等。超声波改变物体或物理性质的功率应用称为功率超声波。功率超声主要应用于超声波焊接、超声波加工、超声波清洗、超声波盐垢预防、超声波运动和疾病治疗。
功率超声技术是由物理学、材料科学、电子技术、功率电子学、计算机网络技术等学科组成的现代高科技。目前，超声波技术的研究和应用范围已经从机械、电力、冶金等部门扩大到越来越多的工业部门，取得了良好的社会效益和经济效益。超声波技术已经成为公认的高科技领域。在某些方面，我国已经达到或接近国际先进水平。其相关技术产品涉及机械、电力、电子和材料等新技术。随着科学技术的发展，超声波技术在日常生活中的应用将会越来越广泛，并将涉及更多的应用领域。它必将在中国的国民经济建设中发挥巨大作用。

1.1超声波电源的发展

超声波电源也称为超声波发生器。其目的是将电能转换成与换能器(以及与其匹配的喇叭和工具头)匹配的高频交流电信号。根据其激励方式，可以分为两种超声波电源，一种是自激式超声波电源，另一种是激励式超声波电源。自激超声波电源是由振荡电路、功率放大电路、变压器、压电换能器等部分组成的闭环。振荡电路使振荡电路的频率在满足相位平衡和幅度平衡的情况下跟踪超声换能器的谐振频率，使电源的工作状态达到最佳。He激励声波驱动电源主要由前级振荡器和后级功率放大电路组成。能量通过变压器传输，然后通过匹配网络传输，最后能量被添加到超声波换能器。随着科学技术的发展和电力电子器件的快速发展，它们的发展阶段经历了电子管构成的均热电路阶段、晶体管模拟器件构成的放大电路阶段和晶体管数字开关构成的均热电路阶段。
在20世纪80年代之前，使用了更多由电子管组成的功率放大电路。电子管构成的功率放大器电路具有动态调节范围大的特点。然而，对于超声波电源来说，优点不明显，缺点也太多。后来，随着晶体管的出现，电子管被淘汰了。早期由电子管组成的功率放大器电路存在使用时间短、效率低、功耗大、体积大、价格高等缺点。
从20世纪80年代到90年代中期，由三极管组成的功率放大电路的发展已经非常成熟。与电子管电源相比，由电子管组成的功率放大电路已被淘汰，各种非输出变压器(OTL)和非输出电容器(OCL)电路已开始应用。随着晶体管模拟放大器的投入使用，重量和体积减小，使用时间长，效率也提高了。然而，由晶体管组成的放大器电路也有体积大、重量重、功耗大、不便于微处理器处理的缺点[/BR/]功率半导体器件的发展，特别是垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管的发展，导致了开关型发生器的发展。它通过改变功率开关器件的占空比空来控制功率。开关发电机主要具有重量轻、体积小、可靠性好、效率高、使用时间长、功耗低等特点。[·[5]。与电子管和晶体管模拟器件组成的放大电路相比，晶体管开关发生器还增加了复杂的保护电路，自动化程度更高，可以输出高功率。

1.2电力电子器件的应用

电力电子器件也称为电力半导体器件。它们是电力电子技术或电力转换技术的基础，是指可以直接在主电路中用于处理电力以实现电力转换或控制的装置。其发展过程经历了工频、低频、中频到高频的发展。超声波电源的发展与功率半导体器件的发展密切相关。早期，功率半导体器件主要是双极开关晶体管，价格较低，但开关频率不应太高，上升延迟和下降延迟较大。因此，它被广泛用于低频场合。在20世纪80年代，使用了垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。它是一种压控器件，UDMOS管具有双极晶体管和普通MOS器件的优点，是一种理想的功率器件。主要缺点是导通电阻大和功耗大。主要优点是驱动简单，输入阻抗高，抗磨损性能好，开关时间非常快。因此，本发明适用于低功率、高开关频率的场合。20世纪90年代，采用了工业GBT管——绝缘栅双极晶体管，它是双极晶体管和金属氧化物半导体管的产物。

2.5驱动电路...................26-28
2.5.1驱动电路...................27-28
与...................26-27
2.5.2驱动器方案2.6缓冲电路...................28-29[/比尔/] 2.7...................29-31 [/BR/] 2.8保护电路...................31-32
2.8.1的过流保护...................31 [/BR/] 2.8.2过压保护...................31-32 [/BR/] 2.9本章概述...................32-33
第3章超声波电源和特殊...................33-36[/溴/] 3.1.1串联谐振...................34-35
...................33-40[/溴/] 3.1传感器3.1.2并联谐振的设计...................35-36 [/BR/] 3.2匹配网络...................36-38[/比尔/] 3.2.1圆周率...................36-37
单电感3.2.2电感电容...................37-38[/溴/] 3.2.3改进电感电容...................38[/溴/] 3.3阻抗匹配...................38-39
3.4共振分析...................39[/比尔/] 3.5本章概述...................39-40[/比尔/]第4章频率跟踪控制方法研究40-45[/比尔/] 4.1频率跟踪方法40-43[/比尔/] 4.2频率跟踪方案的确定43-44[/比尔/] 4.3本章概述44-45

结论
本文的主要工作是解决由于负荷变化、发热、老化、磨损等原因导致超声换能器发生变化而引起的超声换能器谐振频率漂移的问题。本研究是一种传统的自激式超声波电源，它串联在一起，谐振频率约为20千赫。频率跟踪采用负载分压反馈系统。在以前人工调节电感的基础上，通过在反馈回路中加入由AVR单片机控制的数字电感来跟踪超声换能器的谐振频率。该方法操作简单，运行稳定。本文的主要工作如下:[/BR/] (1)讨论了开关电源的常见拓扑结构，包括升压斩波器、降压斩波器、降压斩波器、半桥功率放大器、全桥功率放大器和推挽功率放大器。介绍半桥功率放大器、全桥功率放大器和推挽功率放大器的优缺点。确定了超声波电源的设计方案。