40kHZ超声波发射和接收电路

超声波电路知识点总结

超声波电路知识点总结一、超声波电路的基础知识1. 超声波的产生和接收超声波的产生一般通过压电效应和磁致伸缩效应实现。

压电效应是指一些晶体在受到外力影响下会发生形变，并产生电压，而磁致伸缩效应是指在磁场作用下，磁性材料会产生形变。

常见的压电超声波发生器是利用压电陶瓷或晶体的压电效应产生超声波，而压电传感器则是利用压电效应接收超声波信号。

2. 超声波的特性超声波具有高频率、短波长、能穿透一些材料等特点，因此在一些特定应用中有着很好的效果。

超声波的频率通常在20kHz以上，最常用的频率为40kHz或者60kHz。

由于其短波长，超声波可以穿透液体、固体等材料，因此在医疗、测距、清洗等领域有广泛应用。

3. 超声波电路的基本组成超声波电路一般由发射电路、接收电路和信号处理电路组成。

发射电路用于产生超声波信号，接收电路用于接收超声波信号，信号处理电路用于对接收到的信号进行处理和分析。

这三部分电路都是超声波系统中非常重要的组成部分。

二、超声波电路的设计和应用1. 超声波发射电路的设计超声波发射电路的设计需要考虑到信号的稳定性、频率的准确性和功率的控制等问题。

一般来说，压电陶瓷或压电晶体都需要接入到谐振电路中，通过谐振电路的共振效应来产生稳定的超声波信号。

此外，为了提高超声波的频率准确性和稳定性，通常还需要在发射电路中加入一些频率稳定的元器件，比如晶振或者数字控制的频率合成电路。

2. 超声波接收电路的设计超声波接收电路的设计同样需要考虑到信号的稳定性、灵敏度和抗干扰能力等问题。

一般来说，超声波接收电路需要接入到一个带通滤波器中，以滤除掉非超声波频率的干扰信号。

此外，为了提高接收电路的灵敏度和动态范围，通常还需要在接收电路中加入一些低噪声放大器和自动增益控制电路。

3. 超声波信号处理电路的设计超声波信号处理电路的设计一般需要考虑到对接收到的信号进行放大、滤波、定时、脉冲压缩、解调等处理。

这些处理工作都需要通过一些专门的模拟电路或者数字电路来实现。

超声波发射和接收电路

超声波发射和接收电路在本设计中，我们设计的发射和接收电路都是分别只有一个，通过继电器进行顺、逆流方向收发电路的切换，这样做既降低了成本，又消除了非对称性电路误差，且发射脉冲通过使用单独的继电器分别对发射和接收换能器进行控制，使换能器的发射和接收电路完全隔离，消除了发射信号对接收的影响。

4.2.1超声波发射电路接收信号的大小和好坏直接取决于发射传感器的发射信号,由于使用收发共用型超声换能器，所以除了选用性能优良的超声波传感器外，发射电路和前级信号接收电路至关重要，它决定着整个系统的灵敏度和精度。

超声波测量最常用的换能器发射电路大体可分为三种类型：窄脉冲触发的宽带激励电路、调制脉冲谐振电路和单脉冲发射电路。

从早先国内进口的日本超声波流量计来看，基本都采用的是窄脉冲驱动电路。

这种电路在设计上一般是用一个极快速的电子开关通过对储能元件的放电来实现，这些开关器件通常为晶闸管或大功率场效应管（MOSFET）。

由于需要输出激励信号的瞬时功率大，因此开关器件必须由直流高压供电，一般要达到几十到一百伏以上，这在电池供电的系统中无法实现；此外，开关瞬间会产生高压脉冲，对整个电路的抗干扰设计不利。

而脉冲谐振电路设计起来比较简单，其基本方法是用振荡电路产生一个高频振荡，经过幅值和功率放大后接至换能器，使换能器发出超声波，确保高频振荡的频率与换能器固有频率一致，则可获得超声发射的最佳效果。

谐振电路能够使用较低的电压产生较强的超声波发射，适合使用电池供电的系统，而且它能精确地控制发射信号，效率高。

在本设计中，超声发射电路采用了连续脉冲发射电路，它由脉冲发生、放大电路构成，具体电路连接如图17所示。

单片机发出的方波信号经三极管放大和变压器升压，达到足够功率后推动换能器超声超声波，这里变压器的主要用途是升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载（超声换能器）阻抗匹配，变压器与探头接成单端激励方式。

图17超声波发射电路4.3.2 超声波接收电路发射换能器发出超声波信号后，信号经过流体传播到接收换能器，中间有杂质和气泡等影响，强度不断减小，并且强度也不稳定。

40kHZ超声波收发电路图及详解

40kHZ超声波收发电路40kHZ超声波发射电路(1)40kHZ超声波发射电路之一，由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。

F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。

电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。

电路中反向器F1~F4用CC4069六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。

电源用9V叠层电池。

测量F3输出频率应为40kHZ±2kHZ，否则应调节RP。

发射超声波信号大于8m。

40kHZ超声波发射电路(2)40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。

T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。

T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。

S是电源开关，按一下S，便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。

电路工作电压9V，工作电流约25mA。

发射超声波信号大于8m。

电路不需调试即可工作。

40kHZ超声波发射电路(3)40kHZ超声波发射电路之三，由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。

电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16，其谐振频率为40kHZ±2kHZ。

频率稳定性好，不需作任何调整，并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。

电感L1与电容C2调谐在40kHZ起作谐振作用。

本电路适应电压较宽（3~12V），且频率不变。

电感采用固定式，电感量5.1mH。

整机工作电流约25mA。

发射超声波信号大于8m。

40kHZ超声波发射电路(4)40kHZ超声波发射电路之四，它主要由四与非门电路CC4011完成振荡及驱动功能，通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。

其中门YF1与门YF2组成可控振荡器，当S按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡频率，应为40kHZ。

超声波发射和接收电路

超声波发射和接收电路在本设计中，我们设计的发射和接收电路都是分别只有一个，通过继电器进行顺、逆流方向收发电路的切换，这样做既降低了成本，又消除了非对称性电路误差，且发射脉冲通过使用单独的继电器分别对发射和接收换能器进行控制，使换能器的发射和接收电路完全隔离，消除了发射信号对接收的影响。

4.2.1超声波发射电路接收信号的大小和好坏直接取决于发射传感器的发射信号,由于使用收发共用型超声换能器，所以除了选用性能优良的超声波传感器外，发射电路和前级信号接收电路至关重要，它决定着整个系统的灵敏度和精度。

超声波测量最常用的换能器发射电路大体可分为三种类型：窄脉冲触发的宽带激励电路、调制脉冲谐振电路和单脉冲发射电路。

从早先国内进口的日本超声波流量计来看，基本都采用的是窄脉冲驱动电路。

这种电路在设计上一般是用一个极快速的电子开关通过对储能元件的放电来实现，这些开关器件通常为晶闸管或大功率场效应管（MOSFET）。

由于需要输出激励信号的瞬时功率大，因此开关器件必须由直流高压供电，一般要达到几十到一百伏以上，这在电池供电的系统中无法实现；此外，开关瞬间会产生高压脉冲，对整个电路的抗干扰设计不利。

而脉冲谐振电路设计起来比较简单，其基本方法是用振荡电路产生一个高频振荡，经过幅值和功率放大后接至换能器，使换能器发出超声波，确保高频振荡的频率与换能器固有频率一致，则可获得超声发射的最佳效果。

谐振电路能够使用较低的电压产生较强的超声波发射，适合使用电池供电的系统，而且它能精确地控制发射信号，效率高。

在本设计中，超声发射电路采用了连续脉冲发射电路，它由脉冲发生、放大电路构成，具体电路连接如图17所示。

单片机发出的方波信号经三极管放大和变压器升压，达到足够功率后推动换能器超声超声波，这里变压器的主要用途是升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载（超声换能器）阻抗匹配，变压器与探头接成单端激励方式。

图17超声波发射电路4.3.2 超声波接收电路发射换能器发出超声波信号后，信号经过流体传播到接收换能器，中间有杂质和气泡等影响，强度不断减小，并且强度也不稳定。

超声波原理图

超声波发射电路图
超声波电路主要是由反相器74LS04和超声波发射换能器T1构成的，使用CPU内部的PWM 定时计数器输出的40KHZ方波信号。

一路经一级反相器（U1C与U1E并联组成一级）后送到超声波换能器的一个电极（T1的1脚）；另一路经两级反相器（U1D为第一级，U1B和U1A组成第二级）后送到超声波换能器的另一个电极（T1的2脚）。

用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。

输出端采两个反相器并联，以提高驱动能力。

上位电阻R1,R2一方面可以提高反相器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果。

超声波接收电路图
超声波接收电路原理图如图所示，CX20106A是一款红外检测波接收的专业芯片，常用于电视机红外遥控接收器。

其优点是简单易用，电路连接简单，且减小了生产调试的麻烦。

当CX20106A接收到40KHZ的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接收到ARM的外部中断引脚作为中断信号输出。

使用CX20106A作为超声波接收处理的典型电路

使用CX20106A 作为超声波接收处理的典型电路。

（当CX20106A 接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入）使用CX 20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。

其总放大增益80db。

以下是CX20106A的引脚注释。

1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。

2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。

增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。

但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C1=1μF。

3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。

4脚：接地端。

5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。

例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。

6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。

7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。

8脚：电源正极，4.5～5V。

超声波传感器接收部分电路采用集成电路CX20106A。

这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。

考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz 与测距超声波频率40kHz 较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。

实验证明，其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。

适当改变C1 的大小，可改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

超声波发射电路及接收电路图经典

超声波发射电路及接收电路图
超声波发射电路
发射电路如图3a所示;发射电路将接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路,用其输出信号驱动CMOS管,接着将其脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大,使幅值增加到100多伏,最后将放大的脉冲方波信号加到超声波换能器上产生频率为125 kHz的超声波并将其发射出去;
超声波接收电路
接收电路由OP37构成的两级运放电路,TL082构成的二阶带通滤波电路以及LM393构成的比较电路三部分组成;因本系统频率较高,回波信号非常弱,为毫伏级,因此设计成两级放大电路,第一级放大100倍,第二级放大50倍,共放大5 000倍左右;
另外考虑到本系统要适应各种复杂的工作环境,因此设计了由TL082构成的高精度带通滤波电路,以供回波信号放大后进行进一步滤波,将滤波后的信号输入到LM393构成的比较器反相输入端,与基准电压相比较,并且对其比较输出电压进行限幅,将其电压接至D触发器,比较器将经过放大后的交流信号整形出方波信号,将其接至FPGA,启动接收模块计数,达到脉冲串设定值时,关闭计时计数器停止计数;
本文来自: DZ3W 原文网址：http://.dz3w/sch/test/0086260.html
本文来自: DZ3W 原文网址：http://.dz3w/sch/test/0086260.html。

使用TA8141S做超声测距的应用电路

还没执行完之前，又会有下一个中断产生。所以，单片将会产生一个错误频率
的信号。往往这个错误的频率会比预期的值偏低。比如程序原本要产生一个
40KHz 的信号。实际单片机只能产生一个 20KHz 左右的信号。（金聚宝电子提供
的程序仅供参考）
40KHz 的信号可以用一个汇编语言子程序来产生。程序如下：
NAME CS_T ? PR? CS_T? CS_T SEGMENT CODE
PUBLIC CS_T
RSEG ?PR?CS_T?CS_T
CS_T:
PUSH ACC
MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H
MOV A, #4D
SETB TR0
CST_1:
CPL P1.0
郑州火车站中州商场 3 楼北厅 3438 号电话:0371--66987238 13733178417 QQ:308894904 电子信箱: saxmcu@
郑州金聚宝电子科技有限公司
发射电路下图是使用ＴＡ８１４１Ｓ作为超声波接收处理的典型电路，供参考。（当ＴＡ８１４１Ｓ接收到４０ＫＨｚ的信号时，会在第８脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入）
大量提供ＴＡ８１４１Ｓ芯片：３元／只
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40k超声波电路

超声波电路是一种通过超声波信号实现测量、探测、跟踪等功能的电路。

40k 超声波电路一般指工作频率为40kHz的超声波电路。

超声波电路通常由以下几个组成部分构成：
超声波传感器：用于发射和接收超声波信号。

常用的超声波传感器有压电传感器和超声波发生器。

超声波发生器通过电信号驱动压电传感器产生超声波信号，压电传感器则将接收到的超声波信号转化为电信号。

发射电路：用于产生和发送超声波信号。

发射电路包括超声波发生器和驱动电路。

超声波发生器根据控制信号产生40kHz的超声波信号，驱动电路将该信号放大并送入超声波传感器。

接收电路：用于接收和处理超声波信号。

接收电路包括放大器、滤波器和解调器等。

放大器将超声波传感器接收到的微弱信号放大，滤波器将信号的噪声进行滤除，解调器将信号转换为可处理的电信号。

控制电路：用于控制超声波电路的工作状态。

控制电路接收外部信号并产生相应的控制信号，用于控制发射和接收超声波信号的时机和频率等。

40k超声波电路广泛应用于测距、物体检测、流量测量、无人驾驶等领域。

它具有非接触、高精度、高灵敏度等优点，已经成为一种重要的传感器技术。

通用型超声波发射接收传感器电路图

/R-40系列通用型超声波发射/接收传感器电路图
T/R-40系列超声波传感器是利用压电效应工作的传感器，通常我们又称之为换能器。

此类传感器最适用于防盗报警和遥控使用。

T/R-40-XX系列超声波传感器外形、尺寸及电路符号
分立元件构成的超声波发射电路T/R-40-16便可发射出一串40kHz的超声波信号。

此电路工作电压9V，工作电流25mA，控制距离可达8m。

555构成的超声波发射电路从555的3脚输出的40kHz的振荡脉冲驱动T-40-16工作，使之发射出40kHz 的超声波信号。

电路工作电压为9V，工作电流为40～45mA,控制距离大于8m。

双稳态超声波接收电路
通用型超声波接收电路。