基于AT89C2051单片机的超声波理疗仪设计

5 功率放大器设计
超声发生器的功率放大电路除了要具有一般放大器中的整流、振荡、放大和保护等通用电路外，还应有一些特殊的电路，如频率自动跟踪、匹配、功率自动控制、振动系统振幅控制等电路。这些电路是发生器负载(即换能器)的特殊性质所要求的。通常发生器有一个最佳负载值(有时亦称为输出阻抗)，只有当实际负载等于此值时，发生器才能工作于设计状态，并向负载提供额定的输出。否则就需要通过输出变压器作阻抗变换。除此之外，还必须进行调谐，因为换能器为一有抗负载，因此，直接联接到发生器上会产生相当大的无功损耗，这不仅会使效率降低，而且会影响到发生器的安全使用。因而需要有一个电抗相反的元件来“抵消”换能器中电抗分量的影响，这就是所谓的调谐。在此功放中，比较重要的就是匹配，由于压电换能器有静电容，而且磁致伸缩换能器有静电感，因此，在换能器谐振状态时，换能器上的电压与电流间存在着一相位角φ，其输出功率P=cosφ。由于φ的存在，输出功率达不到最大值。只有当φ=0时，输出功率才可达最大值。因此，为了使换能器上电压VRL与电流同相(φ=0)，就必须在换能器上并联或串联一个相抵消的阻抗。对于压电换能器而言，即并联或串联一个电感即可，而磁致伸缩换能器则应并联或串联一个电容。
对于超声波的功率放大部分，本文做了一些测量和计算，实际电路的设计为三级放大。图5所示是其前级电路，其中采用场效应管作为第一级前端放大，其后使用射集放大电流。每个放大在输出端都加入了射集输出电路以此来降低输出阻抗，从而达到放大电流的效果。中间级三极管放大电路如图6所示，其输入和输出都有电容滤波，并在输出端加入射集跟随器，以降低输出阻抗。末级三极管放大电路采用东芝公司的2SC3281功率三极管，其电路如图7所示。