(最新整理)超聲波發(fā)射電路設計

1、(完整)超聲波發(fā)射電路設計(完整)超聲波發(fā)射電路設計 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)超聲波發(fā)射電路設計）的內(nèi)容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進步，以下為(完整)超聲波發(fā)射電路設計的全部內(nèi)容。中北大學課 程 設 計 說 明 書學生姓名: 楊勝華 學 號： 0805014137 學 院： 信息與通信工程

2、學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術 題 目： 超聲波發(fā)射電路設計 指導教師： 程耀瑜 職稱： 教授 李文強 職稱： 講師 2011 年 1 月 7 日 中北大學課程設計任務書 2010/2011 學年第 一 學期學 院： 信息與通信工程學院 專 業(yè): 電子信息科學與技術 學 生 姓 名: 楊勝華 學 號： 0805014137 課程設計題目： 超聲波發(fā)射電路設計 起 迄 日 期： 12月26日1月 7日 課程設計地點: 中北大學 指 導 教 師： 程耀瑜，李文強 系 主 任： 程耀瑜 下達任務書日期: 2010 年 12 月 26 日課 程 設 計 任 務 書1設計目的：本課程設計主要針對模擬

3、電子技術和數(shù)字電子技術課程要求，培養(yǎng)學生在查閱資料的基礎上，進行實用電路設計、計算、仿真、調(diào)試等多個環(huán)節(jié)的綜合能力，同時培養(yǎng)學生用課程中所學的理論獨立地解決實際問題的能力.另外還培養(yǎng)學生用專業(yè)的、簡潔的文字,清晰的圖表來表達自己設計思想的能力。2設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等)：（1）了解超聲波的特點；（2）掌握超聲波發(fā)射電路的設計、仿真與調(diào)試；（3）掌握方案設計與論證；(4)掌握用相關軟件進行電路圖設計、仿真，以及對仿真結果的分析、總結;3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文）、圖紙、實物樣品等：（1）提供核心器件的工作原理與應用介紹；（2）提供用

4、protel99設計的電路原理圖,也可給出印刷板電路圖；(3）提供用multisim、maxpluss、proteus等其他軟件對電路的仿真結果與分析;（4）提供符合規(guī)定要求的課程設計說明書；（5）提供參考文獻不少于三篇，且必須是相關的參考文獻; 課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻:（1） 閻石.數(shù)字電子技術基礎.北京：高等教育出版社，1998；（2） 王遠.模擬電子技術.北京：機械工業(yè)出版社，2001；（3） 陳汝全。電子技術常用器件應用手冊.北京：機械工業(yè)出版社,2003；（4） 畢滿清.電子技術實驗與課程設計。北京：機械工業(yè)出版社，2006;5設計成果形式及要求：(1）電路原理圖，

5、仿真結果；(2）課程設計說明書；6工作計劃及進度:2010年 12月26日12 月28日:分析課程設計任務書,查找資料，初步確定方案； 12月 29日12月30 日：論證、確定方案； 12 月31日2011年1月4 日：電路設計、計算、仿真，并完善設計與方案； 2011年1月5日1月6 日：整理資料，書寫課程設計說明書；1月 7日： 答辯,提交課程設計說明書.系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄一緒論-1頁1。1課程設計的目的及意義-1頁 1。2 超聲波發(fā)射電路的設計思路-3頁1。3 課程設計的任務及要求- 3頁二課程的方案設計與選取- 4頁2.1 課程的方案設計- 4頁2。2 課程的方案

6、選取- 6頁三系統(tǒng)的硬件結構- 6頁 3。1 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路- 7頁 3。2發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路- 8頁 3。3 換能器部分- 9頁四protel 99 se 簡介及原理圖繪制 4.1 protel 99 se 相關介紹及原理圖繪制-11頁五總結-12頁六參考文獻-14頁附錄一:超聲波發(fā)射電路仿真-15頁附錄二：超聲波發(fā)射電路原理圖-17頁緒論1.1 課程設計的目的及意義1.1.1 目的 科學家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為2020000hz。當聲波的振動頻率大于20khz或小于20hz時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲

7、波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學診斷的超聲波頻率為15兆赫茲。 理論研究表明,在振幅相同的條件下,一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時,介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大。在我國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度.這就是超聲波加濕器的原理。如咽喉炎、氣管炎等疾病,很難利用血流使藥物到達患病的部位。利用加濕器的原理，把藥液霧化,讓病人吸入,能夠提高療效.利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結石做劇烈的受迫振動而破碎,從而減緩病痛，達到治愈的目的。超聲波在醫(yī)學方面應用非常廣泛，像現(xiàn)在的

8、彩超、b超、碎石(例如膽結石、腎結石、祛眼袋之類的）等。1.1.2 意義超聲效應已廣泛用于實際，主要有如下幾方面： 超聲檢驗超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性,而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術.超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術 。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上,從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器,利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應用，在微

9、電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查,在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。超聲處理利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學效應，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應用. 基礎研究超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程,并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收（見聲波）。通過物質(zhì)對超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結構，這方面的研究構成了分子聲學這一聲學分支。普通聲波的波長遠大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當作連續(xù)

10、介質(zhì) 。 1。2 超聲波發(fā)射電路的設計思路超聲換能器及其發(fā)射電路是超聲測距系統(tǒng)中的關鍵組成部分, 它決定了一個系統(tǒng)所能達到的最終指標，超聲換能器一旦選定, 其性能參數(shù)如機械共振頻率、聲波輻射等效電阻等也已確定發(fā)射電路沒汁的好壞將直接影響超聲波的發(fā)射效率.超聲檢測中常用的發(fā)射電路可以分為三類，即單脈沖發(fā)射電路, 方波調(diào)制的脈沖波發(fā)射電路和連續(xù)波發(fā)射電路，這三類電路各有其特點,可根據(jù)應用場合選用。我們采用555定時器配以少量的電阻、電容等元件設計了一種超聲波發(fā)射電路,它可以三類電路的方式工作。本電路具有通用性、實用性、電路結構簡單、成本低等優(yōu)點。1.3 課程設計的任務及要求（1）了解超聲波的特點；

11、（2）掌握超聲波發(fā)射電路的設計、仿真與調(diào)試；（3）掌握方案設計與論證；（4)掌握用相關軟件進行電路圖設計、仿真，以及對仿真結果的分析、總結;二、課程設計方案設計與選取2。1 設計超聲波發(fā)射電路之一，由f1f3三門振蕩器在f3的輸出為40khz方波，工作頻率主要由c1、r1和rp決定，用rp可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)頻率。 f3的輸出激勵換能器t4016的一端和反向器f4，f4輸出激勵換能器t40-16的另一端，因此，加入f4使激勵電壓提高了一倍.電容c3、c2平衡f3和f4的輸出,使波形穩(wěn)定.電路中反向器f1f4用cc4069六反向器中的四個反向器，剩余兩個不用（輸入端應接地）。電源用9v疊層電池。測量f

12、3輸出頻率應為40khz2khz，否則應調(diào)節(jié)rp。發(fā)射超聲波信號大于8m.超聲波發(fā)射電路之二，電路中晶體管vt1、vt2組成強反饋穩(wěn)頻振蕩器，振蕩頻率等于超聲波換能器t4016的共振頻率。t4016是反饋耦合元件，對于電路來說又是輸出換能器。t40-16兩端的振蕩波形近似于方波,電壓振幅接近電源電壓.s是電源開關，按一下s，便能驅(qū)動t4016發(fā)射出一串40khz超聲波信號。電路工作電壓9v,工作電流約25ma。發(fā)射超聲波信號大于8m。電路不需調(diào)試即可工作。超聲波發(fā)射電路之三,發(fā)射電路原理框圖如圖所示，由觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖控制tr1開關管的通斷，當tr1導通時，發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路工作，

13、產(chǎn)生的發(fā)生脈沖加到換能器上使其發(fā)射超聲波；當tr1截止時，換能器停止發(fā)射. 2。2 選取 鑒于第三電路易于調(diào)節(jié), 通過改變幾個電阻和電容的值即可使發(fā)射電路工作于不同的狀態(tài)本電路易于和不同的換能器進行匹配, 可適用于不同的應用場合。且具有成本低、可靠性高等優(yōu)點， 是一種非常實用且通用的電路。而且前兩個電路狀態(tài)過于理想，在電路的選取上使用第三電路。三、 系統(tǒng)的硬件結構3。1 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路由兩片定時器來實現(xiàn)。第一片555構成一占空比可調(diào)的多諧振蕩器，用以產(chǎn)生主脈沖.第二片555構成一方波發(fā)生器，主空脈沖的周期決定了超聲波重復發(fā)射的周期。主控脈沖接于第二片555的4端（內(nèi)部復位端)

14、，這使得在主控脈沖的高電平時，方波發(fā)生器工作，產(chǎn)生方波脈沖：而主控脈沖為低電平時，方波發(fā)生器復位，其波形如圖3所示。主控脈沖的頻率為：f1=1。43/（ra+rb）c1 ,其高電平的寬度為:tph =0.7r1c1.通過調(diào)節(jié)r2可以方便地改變tph ,從而改變觸發(fā)脈沖的個數(shù),進而控制發(fā)射脈沖的個數(shù)。r和r的阻值相等，故第二級555構成一方波發(fā)生器，其頻率為f2=1.43/（ra+rb）（c+c），為使發(fā)射效率高，可適當?shù)剡x取r5r6c2的值,使f2 值與發(fā)射換能器的共振頻率相等，因?qū)ν恍吞柕牟煌瑩Q能器來說，其共振頻率略有差異,故電路中設置了一個可變電容器cp ，用以微調(diào)方波頻率，以獲得最高的

15、發(fā)射頻率。當tph t時，q2 輸出單一脈沖，此時電路為脈沖發(fā)射形式，當ttphnt時，q2 輸出n個脈沖,此時電路相當于方波調(diào)制的脈沖發(fā)射形式;若將a點斷開且將其異接于電源端，則q2 輸出一連續(xù)的方波信號,電路為連續(xù)波發(fā)射形式。 3.2 發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路超聲換能器發(fā)射脈沖的形成原則上可以有兩種方案，一種為電容儲能方案，一種為電感儲能方案。本文采用一種電容儲能和電感儲能相結合的方式，它由開關管tr1、儲能電容c3，儲能電感l(wèi)等組成。觸發(fā)到來之前，tr1截止，發(fā)射電壓通過r8 向電容c3 充電；當觸發(fā)脈沖到來時，tr1導通,c3 通過tr1向換能器放電。由于tr1 的導通電阻小c3 上充得的電壓

16、幾乎全部加到換能器t上，使之獲得能量而產(chǎn)生超聲輻射.由于一般換能器處存在一個幾千pf的分布電容c0,使得c3 放電期間，c0也被充電，當觸發(fā)脈沖后沿到來時，tr1截止,c0上被充得的電荷不會立即消失,而是經(jīng)t緩慢放電，因此使得換能器發(fā)射脈沖的后沿延長（如圖5所示)。為改善發(fā)射脈沖的后沿和提高發(fā)射脈沖的幅值，在t的兩端并聯(lián)了一電感l(wèi).在c3 放電期間，電感中也有電流流過相當于電感儲能；當tr1截止時，電感l(wèi)中仍維持i0 的存在，故鉆l兩端將產(chǎn)生一個上下負的反電勢，這加速了c0的放電速度,使發(fā)射脈沖的后沿變陡了，且發(fā)射脈沖的峰峰值增大了近一倍，有效地提高了發(fā)射效率.二極管d5d6的作用是在發(fā)射開關

17、管tr1與接收放大器之間形成一個隔離級。3。3 換能器部分將非電能量轉換成電能量，不需要外電源，稱換能器，也稱有源傳感器 。換能器是超聲波設備的核心器件,其特性參數(shù)決定整個設備的性能。 現(xiàn)在用的超聲波換能器，除了磁致伸縮結構以外就是常用的用前后蓋板夾緊壓電陶瓷的“朗之萬”換能器，超聲波就是通過換能器將高頻電能轉換為機械振動。換能器的特性取決與選材和制作工藝，同樣尺寸外形的換能器的性能和使用壽命是千差萬別的。而在電路中暫用石英振蕩器（簡稱“晶振”）代替.四protel 99 se 簡介及原理圖繪制4.1 protel 99 se 簡介及原理圖繪制本文采用的電路圖繪制軟件是protel 99 se

18、.protel 99 se設計系統(tǒng)是一套建立在pc環(huán)境下的ed（electronic ddsign automation）電路集成設計系統(tǒng).protel 99 se就是由早期protel版本發(fā)展而來的，是基于windows95/98/2000/xp環(huán)境的新一代電路原理圖輔助設計與繪制軟件，其功能模塊包括電路原理圖設計、印制電路電路板設計、無網(wǎng)格布線器、可編程邏輯器件設計、電路圖模擬/仿真等.它是集電路設計與開發(fā)環(huán)境于一體的軟件。protel 99 se的主要功能模塊包括電路原理圖設計、pcb板設計和電路仿真器件設計，各模塊具有豐富的功能,可以實現(xiàn)電路設計與分析的目的。原理圖設計（1）選取元器件

19、：根據(jù)原理圖中所需選取合適的元器件.一般經(jīng)常用到的元器件在常用元件中都可以找到,但是有些元器件在里面是找不到的或者是找不到合適的，我們可以將不合適的元器件進入edit編輯，將其改動為我們所需要的,沒有得就只有自己手動制作元器件了，在原理圖設計當中我就自己做了個繼電器。（2)布局: 將各元器件根據(jù)設計需要擺放在合理的位置，使原理圖在不影響工作的情況下看起來美觀。(3)布線：將元器件各管腳，根據(jù)電路所需連接起來。一般情況下可以用wire直接布線，它具有電器規(guī)則，有些電路圖還用到總線bus和netlablle，bus不具有電器規(guī)則,netlablle具有電器規(guī)則。（4）封裝:屬性設置，既根據(jù)電路原理

20、圖所需，選取合適的封裝。在這一部分我用了大量的時間，因為封裝如果有錯誤，就直接會影響到后面pcb的生成。封裝庫中的封裝只是一部分，有些在里邊是根本找不到的，需要自制一個封裝,在這次制作當中繼電器是這次設計的難點。在庫中找不到,就必須先測量其大小數(shù)值，再根據(jù)所得數(shù)值制作。總結1、通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們通過這個方案包括設計了一套電路原理和pcb連接圖,和芯片上的選擇。這個方案總共使用了,ne555定時器各兩個，2n2714一個,超聲波換能器一個,二極管若干,電容電感電阻若干。2、在設計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況,就是心里想這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間有很多。譬如一些元器件在multism中無法仿真,使用multism時也會經(jīng)常出現(xiàn)仿真錯誤，仿真失敗的現(xiàn)象.每每出現(xiàn)這樣的情況，總是會花費很多時間解決.3、我們做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功