换能器的匹配
超声波发生器与换能器的匹配设计
时间：2008-1-31 16:25:22来源：转载文号：大中小超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
中国超声波论坛二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式，式中，VAm 为等效负载上的基波幅度；vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。
即输出功率po为1．5Po'；从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL’。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率PO时的初级电阻举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则PO='=1500W。
则变压器初级的Ω若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。
超声波发生器与换能器的匹配设计
`超声波发生器与换能器的匹配设计选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：思忠一、匹配概述超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式为：为等效负载上的基波幅度；式中，V AmV为电源电压；V为功放管饱和压降，故cescc因输出变压器，末级匹配回路及晶(为了保证系统有一定功率余量的系数。
51．4体管损耗电阻都有损耗，Po' 需要乘上一个约等于1．—；．5Po'为即输出功率Po1在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负从上式可知，。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约'载R L 为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，R能器负载L变压器次初级匝数比通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
时的初级电阻，则输出功率mP／为n O文档Word`，设直流电1000W举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为。
则'=1500W，功率应留有一定余量，则P=1.5P=1VV为220V，V OCESOCC 变压器初级的6.5Ω，则输出变压器次级／初级圈＝200Ω若换能器谐振时等效电阻RL 数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
超声波换能器的匹配设计
超声波换能器的匹配设计一、匹配概述超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式为：式中，V Am为等效负载上的基波幅度；vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。
即输出功率po为1．5Po'；从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL’。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率PO时的初级电阻举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则PO=1.5PO'=1500W。
则变压器初级的若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。
换能器阻抗匹配计算
换能器阻抗匹配计算1.引言1.1 概述换能器是一种将一种形式的能量转换为另一种形式的装置。
它在各种领域中被广泛应用，例如声学、电子、光学等。
换能器的基本原理是根据特定的物理原理，通过电信号或其他形式的输入驱动，将一种能量形式转化为另一种能量形式。
阻抗匹配是换能器设计中非常重要的一个方面。
换能器的阻抗匹配决定了其性能和效率。
阻抗匹配是指将发射端（或输入端）的阻抗与接收端（或输出端）的阻抗相匹配，使得信号能够最大程度地传输，减少信号的反射和损耗。
换能器的阻抗匹配需要考虑多种因素，如换能器的特性、工作频率、信号传输距离等。
一般来说，当信号源的阻抗与负载的阻抗不匹配时，会导致信号的反射和信号的损耗。
因此，为了获得最佳的信号传输效果，需要对换能器的阻抗进行合理的匹配。
本文将重点探讨换能器阻抗匹配的计算方法。
通过分析阻抗匹配的原理和依据，探讨如何计算换能器的阻抗匹配。
通过合理的阻抗匹配计算，可以获得更好的信号传输效果，提高换能器的性能。
接下来的章节将依次介绍换能器的基本原理、阻抗匹配的重要性以及本文的结论。
通过深入理解和掌握阻抗匹配的计算方法，读者可以更好地应用于实际工程设计中。
1.2 文章结构文章结构部分:本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，首先概述了本文要讨论的主题——换能器阻抗匹配计算，并介绍了文章的结构和目的。
接下来是正文部分，主要包括两个内容：换能器的基本原理和阻抗匹配的重要性。
在换能器的基本原理中，将详细解释换能器的定义、分类和工作原理，以帮助读者对换能器有更深入的理解。
而阻抗匹配的重要性部分，则会讨论为什么在使用换能器时需要进行阻抗匹配，以及不同阻抗匹配方法的优缺点。
这两个内容将帮助读者全面了解换能器及其阻抗匹配方面的知识。
最后是结论部分，总结了本文的主要观点和结论。
结论一将指出换能器阻抗匹配的重要性和实际应用。
结论二则提出了进一步研究和改进的方向，以期为换能器阻抗匹配计算提供更精确和高效的方法。
压电换能器阻抗匹配研究
"
式中 2 A 为铁心剩余磁感应强度， , % " 时2 （ " ）% 2 A 。 脉冲变压器在 " = , = , 3 时 - % .! 为定值， 故： （ ,） ’ 2 （ ,）) 2 A ’ .! , + /! 01 @ ， "2 确定了某个铁心及 并在 , % , 3 时达到最大值。反之， 脉冲参数后， 也可确定 /! ’ .! , 3 + "201 @ 。
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超声波发生器与换能器的匹配设计 (2)
超声波发生器与换能器的匹配设计时间：2008-1-31 16:25:22来源：转载文号：大中小超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
中国超声波论坛二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式，式中，VAm 为等效负载上的基波幅度；vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。
即输出功率po为1．5Po'；从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL’。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率PO时的初级电阻举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则PO=1.5PO'=1500W。
则变压器初级的6.5Ω若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
压电超声换能器电端匹配电路研究
3 阻抗匹配的电路分析
换能器匹配电路还需进行阻抗匹配以保证电源的能量最大可能地传递给换能器. 本文将换能器和超 声频电源看成一个含源二端网络 ,通过电路分析得到在不同条件下的最佳的阻抗匹配条件. 3. 1 换能器等效含源二端网络
将超声频电源与换能器的连接电路等效为一个含源二端网络的等效电路图如图 5 所示. 超声频电源 由等效电压源 Us 和内阻 R s 组成 ,含源二端网络电源端等效阻抗 Zs = Rs + j Xs . 将换能器视为含源二端网 络的负载端 ,等效负载阻抗 Zl = Rl + j X l . 3. 2 最佳阻抗匹配条件
L′= 1/ [2πf s′) 2 C0′] ,
(2)
式中 f s′为频率漂移后的串联谐振频率 , C0′为频率漂移 、温度变化后的夹持电容. 由此可见 , 匹配电感
必须随换能器状态变化而调整电感大小. 通常的匹配电感是通过改变电感铁芯的气隙间距来实现电感大
小的改变 ,并且气隙间距与电感量值具有非线性关系 ,很难实现电感变化的自动控制.
换能器实际工作时 ,由于负载力 、温度 、湿度等随时变化 , 将导致换能器谐振频率发生漂移 , 换能器等 效电路不能再简化为图 1 ,匹配电感 L 也不再起到匹配电路应有的调谐匹配作用. 所以匹配电路要随着换 能器谐振频率漂移而改变匹配电感大小 ,实现动态调谐匹配才有意义. 能够实现动态调谐匹配的电路称为 动态匹配电路[9210] . 动态电路要满足两个条件 :一是频率跟踪 ,即确定换能器频率漂移的方向及大小. 二是 动态匹配电感 ,根据电路频率漂移带来的电压和电流的位相关系 , 即时调整匹配电感量 , 达到电压和电流 同相位 ,使换能器达到纯电阻状态.
徐春龙1 ,2 , 胡卓蕊2 , 田 华1
水声换能器功放与匹配电路的设计
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 93【关键词】功放 匹配电路 阻抗 相位1 水声功放概述水声功放不论是在军事领域还是在民用领域，都发挥着极其重要的作用。
可广泛应用于水声系统测试、海洋资源探测、地形地貌扫描、渔业探测、航道规划以及码头垃圾清理等民用技术领域。
水声功放的最大作用就是可以将信号功率放大，驱动水声换能器将电信号转换为声信号，与此同时向水里面辐射出充足能量的声信号。
伴随科技的持续发展与进步，功放已经从一开始的电子管功放逐步发展到二代晶体管功放，接着发展到了场效应晶体管功放，最终发展到了数字功放，数字功放还被叫作D 类功率放大器。
在这之中，前面三个功放属于线性模拟功放，而后面一个功放属于数字开关功放。
2 D类功放的基本原理简单地说，所谓的D 类功放实际上还被称之为数字功率放大器，这种功放是由三个部分构成的，PWM 调制对比，输出滤波与功率放大。
好的D 类功率放大器效率能够达到百分之百，在现实运用过程中可达到90%的效率，而AB 类功放效率就相对比较低了。
（1）调制器，仅仅需采用一只运放组成比较器就能够做好。
（2）D 类功率放大器，是一个脉冲控制大电流开关放大器，将比较器输出的PWM 信号转换为大电流与高电压大功率PWM 信号。
（3）需将大功率PWM 波形里面的声音信息恢复，就需要采用低通滤波器。
可是，因为这个时候电流较大，RC 结构低通滤波器电阻会消耗能源，无法使用，需要运用LC 低通滤波器。
3 设计水声换能器匹配电路分析3.1 匹配方法通常而言，水声换能器谐振频率范畴以内，换能器等效模型可通过等效电路来展示：并联电路的构成是一个静态电容C2与串联支路。
其中串联支路就是通过一个动态电感L1、动态电阻RL 、动态电容C1所组和而成的。
倘若处在谐振频率的时候，动态电感与电容作用相互抵消，能够等效成一个动态电阻与静态水声换能器功放与匹配电路的设计文/王伟1 李锦华2电容并联构成。