基于51单片机的超声波发生器设计方案

　　并联谐振具有下列特征：

　　(1)谐振时电路的阻抗摸为|Zo|=1/(RC/L)=L/RC。其值最大，即比非谐振情况下的阻抗摸要大。因此在电源电压U一定的情况下，电路中的电流I将在谐振时达到最小值，即I=IO=U/(L/RC)=U/|Zo|。

　　(2)由于电源电压与电路中电流同相(∮=0)，因此电路对电源呈现电阻性。谐振时电路的阻抗摸|Zo|相当于一个电阻。

　　(3)谐振时各并联支路的电流为：IL=U/2πfoL;Ic=U/(1/2πfoC)，可见IL=Ic>Io，品质因数Q=IL/Io。

　　(4)当电路发生谐振时，电路阻抗摸最大，电流通过时在电路两端产生的电压也是最大。当电源为其他频率时电路不发生谐振，阻抗摸较小，电路两端的电压也较小。这样就起到了选频的作用。电路的品质因数Q值越大，选择性越强。

　　通常把晶体管的输出特性曲线分为3个工作区：

　　(1)放大区。输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区，Ic=βIb。放大区也称为线性区，因为Ic和Ib成正比的关系。当晶体管工作于放大区时，发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，即对NPN型管来说，应使Ube>O，Ubc

　　(2)截止区。Ib=0的曲线以下的区域称为截止区。Ib=0时，Ic=Iceo。对NPN型硅管而言，当Ube

　　(3)饱和区。当Uce

　　LC选频电路接在集电极电路中，通过的交流电流为Ic，其两端交流电压为Uce(即为输出电压)，它是并联交流电路。当发生并联谐振时，谐振频率可求得，当将振荡电路与电源接通时，在扰动信号中只有频率为f0的分量才发生并联谐振。在并联谐振时，LC并联电路的阻抗最大，并且是电阻性的(相当于集电极负载电阻Rc)。因此，对f0这个频率来说，电压放大倍数最高，当满足自激振荡的条件时，就产生自激振荡。对于其他频率的分量，不能产生并联谐振，这就达到了选频的目的。在输出端得到的只是频率为f0的信号。当改变LC电路的参数L或C时，输出信号的振荡频率也就改变，于是就可以进行倍频，本实验用的是五倍频，如图4所示。

　　在实验中已知频率和电容参数计算电感参数，由已知条件可得：Ll=L2=11257.9 nH;L3=112.58 nH。

　　由单片机输出的信号频率即在A1点或A2点(0.03 MHz)经由5倍频放大后输出的信号频率应为输入信号频率的5倍即为A3点或A4点(O.15 MHz)，仿真结果如图5所示。

　　2.3 整波电路的设计

　　在本实验中运用的是CD4069集成非门电路，非门主要是将输入信号波整合成方波以便于后面与门对波的进一步处理。只要工作电压达到非门的开启电压经过这样的处理就可将输入波整合成方波，如图6所示。

　　由5倍频放大器输出的信号频率即在A3点或A4点(0.15 MHz)经由两个非门后(即在A5点或A6点)输出的信号应为方波，仿真结果如图7所示。