超聲波清洗機(jī)換能器將超聲波電能轉(zhuǎn)換為高頻機(jī)械振動(dòng)，是該機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，在此選用壓電式超聲波清潔換能器，其功率為60W，頻率為33kHz。

33 kHz的高頻信號(hào)由 SPCE061A單片機(jī)的APWMO口輸出，單片機(jī)依據(jù)從超聲波清洗機(jī)換能器得到的反應(yīng)信號(hào)進(jìn)行歸納分析以進(jìn)行頻率調(diào)制，完成頻率主動(dòng)盯梢。功率調(diào)理經(jīng)過(guò)改動(dòng) PWM 信號(hào)的脈沖寬度來(lái)完成。從單片機(jī)輸出的高頻信號(hào)經(jīng)半橋功放，經(jīng)過(guò)輸出變壓器、電感、電容構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)超聲波換能器宣布超聲波。

超聲波清洗機(jī)控制電路的核心部件為 SPCE061A 單片機(jī)，其外圍電路包含鍵盤(pán)電路、守時(shí)時(shí)刻及參數(shù)顯現(xiàn)電路、高頻信號(hào)輸出、反應(yīng)信號(hào)輸入等。頻率主動(dòng)盯梢由單片機(jī)完成，判別頻率是不是同步的標(biāo)準(zhǔn)是換能器負(fù)載回路的電流和電壓是不是同相，即換能器振動(dòng)回路是不是處于諧振點(diǎn)。

為削減體系的復(fù)雜性并進(jìn)步體系的穩(wěn)定性，在此選用電壓最大值法完成頻率盯梢。超聲波清洗機(jī)電壓最大值法原理是：換能器負(fù)載回路選用串聯(lián)諧振電路，當(dāng)阻抗匹配和調(diào)諧匹配共同時(shí)，電路出現(xiàn)諧振狀況，換能器上的電壓達(dá)到最大值。

依據(jù)這一原理，體系上電時(shí)，SPCE061A的APWMO輸出30～35 kHz的高頻信號(hào)，一起檢查對(duì)應(yīng)的負(fù)載回路電壓，以電壓最大值時(shí)的頻率為所需頻率。在體系運(yùn)行時(shí)，可經(jīng)過(guò)檢查電壓的改變來(lái)調(diào)理輸出頻率，然后完成頻率盯梢。圖中“CHK”為電壓檢查反應(yīng)信號(hào)，接入SPCE061A的IOA0(LIN-IN0)引腳。圖中“PWM”為SPCE061A輸出的高頻信號(hào)，由SPCE061A的IOB8(APWMO)引腳輸出，輸出信號(hào)的頻率及占空比經(jīng)進(jìn)程序完成[9]。SPCE061A輸出的PWM信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)超聲波換能器，有必要經(jīng)過(guò)功率擴(kuò)大才干驅(qū)動(dòng)換能器。體系驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

由SPCE061A輸出的高頻脈沖信號(hào)，經(jīng)高頻變壓器T1的擴(kuò)大發(fā)生兩個(gè)反相的方波鼓勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓限幅后別離接到場(chǎng)效應(yīng)管Q1、Q2的門(mén)極。正半周時(shí)，當(dāng)Q1的門(mén)極驅(qū)動(dòng)脈沖為高電平時(shí)，Q2的門(mén)極驅(qū)動(dòng)脈沖必為低電平，則Q1飽滿導(dǎo)通，Q2截止，電源電壓經(jīng)過(guò)Q1加到Q2的漏極上，然后經(jīng)過(guò)C3、變壓器 2的原邊繞組、C2到地，構(gòu)成C2充電回路。C1經(jīng)過(guò)Q1、C3、變壓器原邊繞組放電，這么在變壓器T2的副邊感應(yīng)一個(gè)正半周的脈沖電壓。負(fù)半周時(shí)，Q2飽滿導(dǎo)通，Q1截止，電源電壓經(jīng)過(guò)C1、變壓器T2原邊繞組、C3、Q2到地，構(gòu)成 C1充電回路。C2經(jīng)過(guò)變壓器T2原邊繞組、C3、Q2放電，這么在變壓器 T2的副邊感應(yīng)一個(gè)負(fù)半周的脈沖電壓，然后構(gòu)成一個(gè)與SPCE061A的APWMO口輸出信號(hào)頻率共同的擴(kuò)大了的高頻脈沖。

超聲波清洗機(jī)換能器要高效作業(yè)，有必要使超聲波發(fā)生器與換能器的阻抗相匹配，否則將致使超聲波發(fā)生器與換能器功能的下降，嚴(yán)峻的乃至損壞器材。超聲波發(fā)生器與換能器的匹配包含兩個(gè)方面，一是阻抗匹配，另一個(gè)調(diào)諧匹配。

阻抗匹配是因?yàn)槌暡娫葱枨笠粋€(gè)最好負(fù)載才干輸出額外功率，這么經(jīng)過(guò)阻抗匹配使超聲波換能器的阻抗變換為最好負(fù)載，超聲波電源才干向超聲波換能器輸出額外的電功率。超聲波電源輸出的功率大小首要取決于等效負(fù)載阻抗。

這篇文章的半橋功率擴(kuò)大器其變壓器原邊等效負(fù)載阻抗RL′上的輸出功率表達(dá)式為：

因?yàn)槌暡ㄇ逑礄C(jī)換能器有靜電容C0，在必定作業(yè)頻率下，換能器上電壓V與電流I間存在一個(gè)相位角φ，其輸出功率P=VIcos準(zhǔn)。因?yàn)橄辔唤铅盏拇嬖?，使超聲波換能器得不到希望的最大輸出功率，使超聲波電源輸出功率下降。調(diào)諧匹配使超聲波換能器兩端的電壓和電流同相，然后使功率最高。

匹配調(diào)諧電路的意圖是用來(lái)改進(jìn)電發(fā)生器和超聲波換能器之間的耦合進(jìn)程，以便使電發(fā)生器輸出的功率高功率地傳輸給換能器。

調(diào)諧匹配一般選用串聯(lián)電感或并聯(lián)電感兩種辦法。關(guān)于開(kāi)關(guān)型超聲電源來(lái)說(shuō)，串聯(lián)匹配能有用的濾除其輸出方波信號(hào)中的諧波成分，因而串聯(lián)匹配使用較多。本機(jī)選用串聯(lián)匹配電感的方法，匹配電感L0串接在輸出變壓器T2副邊繞組與換能器的回路中。超聲波換能器與匹配電感構(gòu)成的耦合振動(dòng)電路如圖4所示。耦合振動(dòng)電路的初級(jí)由匹配電感L0、初級(jí)回路損耗電阻R0和換能器靜態(tài)電容C0構(gòu)成，次級(jí)由C0和換能器動(dòng)態(tài)電感L1、動(dòng)態(tài)電容C1以及動(dòng)態(tài)電阻R1構(gòu)成。

超聲波清洗機(jī)在各諧振點(diǎn)附近挑選使體系作業(yè)功率最高的頻率點(diǎn)作為超聲波換能器的作業(yè)頻率。在實(shí)踐作業(yè)中，因?yàn)閾Q能器的頻率漂移使體系失諧時(shí)，只需調(diào)理IOB8引腳輸出信號(hào)的頻率，使體系從頭諧振，從頭回到匹配狀況。