Неоднократно каждый из нас слышал выражение "ультразвук" - в данной статье мы рассмотрим что это, как создается, и для чего он нужен.

Понятие "ультразвук"

Ультразвук - это механические колебания, которые находятся значительно выше той области частот, которую слышит ухо человека. Колебания ультразвука чем-то напоминают волну, похожую на световую. Но, в отличие от волн светового типа, которые распространяются только в вакууме, ультразвуку нужна упругая среда - жидкость, газ или любое другое твердое тело.

Основные параметры ультразвука

Основными параметрами ультразвуковой волны принято считать длину волны и период. Время, которое требуется для полного цикла, принято называть периодом волны, измеряется оно в секундах.

Мощнейшим генератором ультразвуковых волн считается УЗ-излучатель. Человеку не под силу слышать ультразвуковую частоту, но его организм способен ее чувствовать. Если говорить другими словами, то человеческое ухо воспринимает ультразвуковую частоту, но участок мозга, отвечающий за слух, не в силах сделать расшифровку этой звуковой волны. Для человеческого слуха неприятна высокая частота, но, если поднять частоту на еще один диапазон, то звук полностью исчезнет - несмотря на то, что в УЗ-частоте он есть. И мозг прилагает усилия, чтобы безуспешно его раскодировать, из-за этого у человека возникает жуткая головная боль, головокружение, тошнота и другие не совсем приятные ощущения.

Генераторы ультразвуковых колебаний используются во всех областях техники и науки. Например, ультразвуку под силу не только постирать белье, но и сваривать металл. В современном мире УЗ активно применяется в сельскохозяйственной технике для отпугивания грызунов, поскольку организм большинства животных приспособлен к общению с себе подобными на ультразвуковой частоте. Также следует сказать, что генератор ультразвуковых волн способен отпугивать и насекомых - сегодня многие производители выпускают такого рода электронные репелленты.

Разновидности ультразвуковых волн

Ультразвуковые волны бывают не только поперечные или продольные, но и поверхностные и волны Лэмба.

Поперечные УЗ волны - это волны, которые движутся перпендикулярно плоскости направления скоростей и смещений частиц тела.

Продольные УЗ волны - это волны, движение которых совпадает с направлением скоростей и смещений частиц среды.

Волна Лэмба - это упругая волна, которая распространяется в твердом слое со свободными границами. Именно в этой волне происходит колебательное смещение частиц как перпендикулярно плоскости пластины, так и в направлении движения самой волны. Именно волна Лэмба - это нормальная волна в платине со свободными границами.

Рэлеевские (поверхностные) УЗ волны - это волны с эллиптическим движением частиц, которые распространяются на поверхности материала. Скорость поверхностной волны составляет почти 90% от скорости движения волны поперечного типа, а ее проникновение в материал равно самой длине волны.

Использование ультразвука

Как уже выше говорилось, разнообразное использование УЗ, при котором применяются самые различные его характеристики, условно можно разделить на три направления:

1. получение информации;
2. активное воздействие на вещество;
3. обработка и передача сигналов.

Следует учитывать, что при каждом конкретном применении необходимо выбирать УЗ определенного частотного диапазона.

Воздействие ультразвука на вещество

Если материал или вещество попадает под активное воздействие УЗ-волн, то это приводит к необратимым в нем изменениям. Это обусловлено нелинейными эффектами в звуковом поле. Такой тип воздействия на материал популярно в промышленной технологии.

Получение информации при помощи УЗ-методов

Ультразвуковые методы сегодня широко применяются в различного рода научных исследованиях для тщательного изучения строения и свойств веществ, а также для полного понимания проходящих в них процессов на микро- и макроуровнях.

Все эти методы главным образом основаны на зависимости скорости распространения и затухания акустических волн от происходящих в них процессах и от свойств веществ.

Обработка и передача сигналов

Ультразвуковые генераторы используются для преобразования и аналоговой обработки различного рода электрических сигналов во всех отраслях радиоэлектроники и для контроля световых сигналов в оптике и оптоэлектронике.

Ультразвуковой излучатель своими руками

В современном мире ультразвуковой генератор используется достаточно широко. Например, в промышленности используются для быстрой и качественной очистки чего-либо. Следует сказать, что такой метод очистки зарекомендовал себя только с лучшей стороны. Сегодня ультразвуковой генератор набирает популярность в использовании и в других целях.

Сборка схемы УЗГ для отпугивания собак

Многие жители мегаполисов страны ежедневно сталкиваются с довольно-таки ощутимой проблемой встречи стаи бродячих собак. Заранее предугадать поведение стаи невозможно, поэтому здесь придет в помощь УЗГ.

В данной статье мы с вами разберем как сделать ультразвуковой

Для создания УЗГ в домашних условиях потребуются такие детали:

• печатная плата;
• миркосхема;
• радиотехнические элементы.

Самостоятельно собрать схему не составит большого труда. Для того чтобы была возможность управлять импульсами, следует закрепить при помощи паяльника к конкретным ножкам микросхемы радиодетали.

Разберем конструкцию генератора ультразвуковой частоты высокой мощности. В качестве генератора УЗ-частоты работает микросхема D4049, которая имеет 6 логическиХ интерторов.

Зарубежную микросхему можно заменить на аналог отечественного производства К561ЛН2. Для подстройки частоты требуется регулятор 22к, при помощи его УЗ можно снижать до слышимой частоты. На выходной каскад, благодаря 4-м биополярным транзисторам со средней мощностью, поступают сигналы с микросхемы. Особого условия по выбору транзисторов нет, здесь главное выбрать максимально близкие по параметрам комплементарные пары.

Практически любая ВЧ-головка, которая имеет мощность от 5 ватт, может быть использована в качестве излучателя. Идеальным вариантом станут отечественные головки типа 10ГДВ-6, 10ГДВ-4 или 5ГДВ-6, их с легкостью можно найти во всех акустических системах производства СССР.

Сделанную своими руками схему генератора УЗ осталось только спрятать в корпус. Контролировать мощность ультразвукового генератора поможет металлический рефлектор.

Схема ультразвукового генератора

В современном мире для отпугивания собак, насекомых, грызунов, а также для высококачественной стирки принято использовать генератор ультразвуковой. УЗГ также используется для того, чтобы значительно сократить временные затраты при промывке и травлении печатных плат. Химические процессы в жидкости протекают значительно быстрее благодаря кавитации.

В основе схемы УЗГ состоят два импульсных генератора прямоугольной формы и усилитель мощности мостового вида. На логических элементах типа DD1.3 и DD1.4 устанавливается перестраиваемый генератор импульсов УЗ частоты формы меандр. Следует помнить, что его рабочая частота напрямую зависит только от общей сопротивляемости резисторов R4 и R6, а также от емкости конденсатора С3.

Запомните правило: чем меньше частота, тем больше сопротивление этих резисторов.

На элементах DD1.1 и DD1.2 сделан генератор НЧ, который имеет рабочую частоту 1 Гц. Между собой генераторы связаны при помощи резисторов R3 и R4. Для того чтобы достичь плавного изменения частоты высокочастотного генератора нужно использовать конденсатор С2. Здесь также следует запомнить один секрет - если конденсатор С2 зашунтировать с помощью переключателя SA1, то частота генератора высоких частот станет постоянной.

Использование ультразвука: широчайшая сфера применения

Как все мы знаем, ультразвук в современном мире где только не используется. Наверняка каждый из нас хоть раз в жизни проходил процедуру УЗИ (ультразвукового исследования). Следует добавить, то именно благодаря УЗИ доктора могут обнаружить возникновение заболеваний органов человека.

Ультразвук активно применяется в косметологии для эффективного очищения кожного покрова не только от грязи и жира, но и от эпителия. К примеру, ультразвуковой фонофорез успешно используется в салонах красоты как для питания и очищения, так и для увлажнения и омоложения кожного покрова. Методика применения УЗ-фонофореза усиляет за счет действия ультразвуковой волны защитные механизмы кожи. Косметические процедуры с применением ультразвука считаются универсальными и подходят для всех типов кожи. Ультразвуковой фонофорез вторит чудеса!

Ультразвуковой генератор пара активно используется не только в турецких хаммамах, финских саунах, но и в наших современных русских банях. Благодаря пару наше тело эффективно очищается от невидимой грязи, наш организм избавляется от токсинов и шлаков, оздоравливаются кожа и волосы, пар положительно влияет на органы дыхания человека.

Генераторы искусственного тумана активно используются для повышения влажности воздуха в помещениях, что благотворно влияет на климат в квартире. Особенно актуальным это стает в холодное время года, когда централизованное отопление пересушивает воздух. Используют генераторы искусственного тумана как в жилых помещениях, так и террариуме или зимнем саду. Специалисты советуют иметь ультразвуковой генератор тумана людям с заболеваниями дыхательных путей или склонными к аллергическим заболеваниям.

Вывод

В домашнем использовании ультразвуковой генератор пара или тумана - это очень полезный прибор, который не только создаст комфорт и уют, но и сможет обогатить воздух невидимыми глазу витаминами, легкими отрицательными аэроионами, которых так много на морском берегу, в горах или в лесу и крайне мало внутри наших квартир. А это, в свою очередь, будет способствовать повышению эмоционального состояния и улучшению здоровья.

Защита вашего дома и садового участка от мелких грызунов-вредителей, насекомых актуальна и сегодня. Различные промышленные устройства «отпугивателей» есть в продаже, однако такое же устройство по силам изготовить радиолюбителю со средним уровнем подготовки. В отличие от многих схем подобных устройств, предлагаемая ниже довольно оригинальна. Известные схемы базируются на генераторе ультразвуковой частоты (УЗЧ), «нагруженном» на пьезоэлектрический капсюль. Частота этих генераторов может быть подстроена (скорректирована с помощью изменения номиналов RС-цепи), но она неизменяема при работе устройства, а следовательно и генератора. То есть на каких бы грызунов, насекомых, птиц или животных не был бы «запрограммирован» генератор УЗЧ (все перечисленные существа боятся дискомфорта от импульсов определённой частоты), со временем устройство перестаёт быть эффективным из-за возникающего у грызунов или насекомых эффекта привыкания.

В разработке, рассматриваемой ниже, этот недостаток отсутствует потому, что во время активной работы устройства частота генератора изменяется в широких пределах. Благодаря этому предлагаемое устройство можно применять универсально для многих живых существ, присутствие которых нежелательно на участках, а тем более в доме.

Ультразвуковые колебания с частотой 100 кГц действуют угнетающе на крыс, мышей и других мелких грызунов, а колебания 22 – 40 кГц не выносят собаки и кошки.

Рассмотрим электрическую схему отпугивающего устройства.

Устройство эффективно на площади до 10 м2. Если потребуется увеличить зону воздействия, то необходимо включить пьезоэлектрический капсюль через мощный усилитель, который можно реализовать по транзисторной схеме.

На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор колебаний инфранизкой частоты (ИНЧ), «нагруженный» на транзистор VТ1. Этот транзистор выполняет роль усилителя тока и одновременно электронного ключа, управляющего оптроном U1. В качестве оптрона применена тиристорная оптопара, выполняющая роль управляемого ключа.

Форма импульсов на выходе этого генератора – прямоугольная, поэтому транзистор VТ1 в зависимости от фронта импульса периодически медленно открывается и закрывается (с частотой генератора ИНЧ). Оптрон U1, включённый в коллекторную цепь транзистора VТ1, плавно изменяет постоянную времени второго генератора, реализованного на элементах DD2.1 и DD2.2. Поэтому частотный диапазон второго генератора изменяется в широких пределах: 20 -80 кГц.

Элементы DD2.3 и DD2.4 включены по схеме инверторов для того, чтобы можно было «раскачать» усилитель на транзисторах VТ2 – VТ5. На выходе усилителя включены несколько однотипных пьезоэлектрических элементов НА1 -НА4. Их общее количество неограничено и может в данной схеме достигать 6-8. Чем больше пьезоэлементов – тем большую площадь удаётся защитить от нашествия грызунов и им подобных. При подключении на выход устройства более 4 пьезоэлементов транзисторы VT2 – VT4 требуется установить на разные теплоотводы (так как коллекторы данных транзисторов совмещены с их корпусом).

В качестве НА1 потребуется применить пьезоэлементы с резонансной частотой 20 – 80 кГц. При резонансе один элемент потребляет ток порядка 30 – 50 мА, поэтому источник питания для данной конструкции должен быть соответствующей мощности, стабилизированный, с выходным напряжением в диапазоне 10 – 15 В.

В налаживании устройство не нуждается и при исправных деталях начинает работать сразу.

Переменным резистором R3 устанавливают диапазон, в пределах которого устройство будет изменять частоту колебаний генератора.

Проверить работоспособность устройства несложно. Так как ухо человека (с учетом индивидуальных особенностей) фиксирует нижнюю границу частоты генератора УЗЧ в районе 16 – 20 кГц, то правильно работающее устройство периодически будет «услышано» человеческим ухом в течение нескольких мгновений. Это будет тихий звук, похожий на свист. Затем звук снова перейдёт к более высокой частоте колебаний, отрицательно воздействующей на вредителей.

О ДЕТАЛЯХ

Транзистор VT1 - кремниевый маломощный. Вместо указанного на схеме можно применить КТ503, КТ312, КТ315, 2N5551, ВС547 с любым буквенным индексом. Оптрон U1 можно заменить на АОУ10З с индексами Б, В или аналогичный.

Пьезоэлектрические капсюли – типа НС0903А, НСМ1206Х, SLN и им подобные рассчитаны на резонансную частоту 20 – 80 кГц.

Оксидные конденсаторы – типа К50-29. Неполярный конденсатор С1 -типа КМ6Б, К10-17 или тривиальный. Его также можно составить (соответствующим образом) из двух оксидных конденсаторов ёмкостью 2 мкФ, включив их последовательно положительными (или отрицательными) обкладками друг к другу.

Все постоянные резисторы – типа МЛТ-0,25. Переменный резистор R3 -типа СПО-1, СПЗ-1ВБ или аналогичный.

А.ПЕТРОВИЧ, г.Санкт-Петербург

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

Ультразвуковой генератор представляет собой устройство, преобразующее механическую или электромагнитную энергию в энергию акустических колебаний ультразвуковой частоты. Современные ультразвуковые генераторы работают от бытовой или промышленной электросети, а значит, являются электротехническими приборами.

Как правило, электрическая схема ультразвукового генератора составлена на основе полупроводниковых элементов в виде цифровых микросхем и транзисторов.

Главные элементы схемы любого ультразвукового генератора-это задающий генератор импульсов, определяющий частоту генерируемого ультразвука, и силовые транзисторы, которые усиливают импульсы задающего генератора до требуемой мощности, тем самым, определяя мощность ультразвука. Силовые транзисторы работают в режиме переключения, при котором транзисторы находятся либо в насыщенном состоянии, либо закрыты. При этом в цепи коллектора каждого транзистора рассеивается минимальная мощность, что повышает КПД ультразвукового генератора до 90 %. Однако транзисторные схемы имеют и недостатки. Во-первых, быстродействие транзистора имеет конечное значение, что особенно проявляется на высоких ультразвуковых частотах. Транзисторы не успевают переключаться, и возникает сквозной ток, что уменьшает выходную мощность генератора. Во-вторых, в режиме переключения на выходе генератора получаются прямоугольные импульсы, имеющие высшие гармоники основной частоты, которые ухудшают работу транзисторов и ультразвуковых преобразователей.

В зависимости от требуемой мощности генератора выходной каскад на силовых транзисторах может быть выполнен по двухтактной схеме (мощность генератора до 100 Вт), по схеме полумоста (мощность генератора до 300 Вт) или по мостовой схеме (мощность генератора > 300 Вт).

На рисунке ниже показаны упрощенные схемы выходных каскадов ультразвуковых генераторов.

Двухтактный усилитель мощности

В двухтактной схеме напряжение питания выбирается из условия Е< U k /2, где Е- напряжение питания, U k -максимально допустимое напряжение на коллекторе (или стоке) транзистора.

Полумостовой усилитель мощности

В полумостовой схеме источник питания подключается к мосту, в котором транзисторы подключаются между точками вг, а выходной трансформатор- между точками аб. Импульсы возбуждения подаются на транзисторы Т1 и Т2 с трансформатора Тр1 в противофазе. На закрытом транзисторе падает все напряжение питания Е, поэтому нужно, чтобы Е< U k .

Мостовой усилитель мощности

В мостовой схеме выходной каскад ультразвукового генератора составлен из четырех транзисторов. Источник питания включен в диагональ аб, а выходной трансформатор- в диагональ вг. Плечи моста составлены из транзисторов Т1-Т4. Напряжение базы U б-э подается на них так, что когда транзисторы Т1 и Т3 открыты, то транзисторы Т2 и Т4 закрыты, и наоборот. Такое переключение транзисторов приводит к тому, что мощность, выделяемая в нагрузке в четыре раза превышает мощность, отдаваемую одним транзистором, и вдвое- мощность, отдаваемую двухтактной или полумостовой схемой. Напряжение питания выбирается из условия Е < U k .

Для получения больших мощностей может быть использована схема сложения мощностей. На рисунке ниже показан один из вариантов такой схемы ультразвукового генератора со сложением мощности полумостовых ячеек.

Здесь в цепь источника питания последовательно включено n ячеек. Каждая из них представляет собой каскад силовых транзисторов, выполненный по полумостовой схеме. Ячейки возбуждаются от общего задающего генератора Г, причем четные и нечетные транзисторы возбуждаются в противофазе. Выходы всех ячеек подключены к общему выходному трансформатору Тр2, где и происходит сложение мощности. Напряжение питания Е выбирается из условия Е< n*U k .

Выходной каскад ультразвукового генератора помимо силовых транзисторов содержит и вспомогательные элементы, которые согласуют ультразвуковой генератор с ультразвуковым преобразователем, а также служат для индикации и настройки генерируемого ультразвука.

Задающий генератор может быть выполнен по разным схемам, но обычно используются три:

Схема на основе независимого генератора импульсов, позволяющая легко изменять частоту ультразвука в широких пределах, но при этом не будет стабильности частоты.

Схема генератора с обратной связью, позволяющая в режиме автоколебаний генерировать ультразвук на резонансной частоте ультразвукового преобразователя. Однако при этом стабильность частоты определяется согласованностью между генератором, преобразователем и рабочим инструментом.

Схема на основе генератора с автоподстройкой частоты, позволяющая стабилизировать частоту ультразвука при любых изменениях акустической мощности ультразвуковых колебаний на рабочем инструменте.

Схема задающего генератора импульсов выбирается в зависимости от конкретного применения ультразвукового генератора. В простых портативных ультразвуковых приборах используется простая схема независимого генератора импульсов. Если же речь идет о промышленных установках ультразвуковой обработки материалов, где требуется стабильность частоты ультразвука, применяется схема с автоподстройкой частоты задающего генератора.

На рисунке ниже показан вариант схемы ультразвукового генератора с автоподстройкой частоты.

Нагрузкой генератора служит магнитострикционный преобразователь М. Генератор состоит из двух каскадов. Первый- возбудитель в виде задающего генератора на транзисторах Т1 и Т2, питаемый от выпрямителя с выходным напряжением Е1. Второй- выходной каскад по полумостовой схеме на транзисторах Т3 и Т4. Нагрузка М подключена к выходу генератора через согласующий трансформатор Тр2, цепь согласования С1, L1 и С2, L2, дифференциальный трансформатор обратной связи Тр3. Напряжение обратной связи с трансформатора Тр3 подается в базовые цепи транзисторов Т1 и Т2 и осуществляет синхронизацию работы задающего генератора.

На рисунке ниже показана схема ультразвукового генератора на тиристорах ТБ2-160. Эта схема промышленной ультразвуковой установки с питанием от трехфазной электросети.

Здесь БУ- блок управления тиристорами, а БАПЧ- блок автоподстройки частоты.

На рисунке ниже показан вариант ультразвукового генератора на электронной лампе ГУ-39Б. Нагрузкой служит магнитострикционный преобразователь М, подключенный в анодную цепь лампы через трансформатор Тр1. Резистор R2 служит для регулировки мощности генератора.

Схема ультразвукового генератора на электронной лампе

Ниже показана схема ультразвукового генератора на электронных лампах-триодах типа ГУ-56, выполненная по двухтактной схеме с самовозбуждением.

Схема ультразвукового генератора на двух электронных лампах.

Производители ультразвуковых приборов и установок не дают принципиальной схемы всего генератора ультразвука в описании к своей продукции. Поэтому дать схему коммерческого генератора ультразвука здесь на сайте нет возможности.

Однако в радиотехнических журналах типа,РАДИО, и,РАДИОЛЮБИТЕЛЬ, можно найти схемы простых ультразвуковых генераторов, и ниже приводятся описания к самостоятельному изготовлению некоторых ультразвуковых устройств.

В статье из журнала,РАДИО, №7 1990 приводится схема импульсного блока питания самодельного компьютера, которую можно использовать как генератор ультразвука, если ко вторичной обмотке выходного трансформатора подключить ультразвуковой излучатель.

Несколько измененная схема приведена на рис.1

На рис.2 приведены диаграммы сигналов в характерных точках схемы.

Первичная обмотка (I) основного трансформатора Тр2 преобразователя включена в диагональ моста, образованного транзисторами VT1, VT2 и конденсаторами С9, С10. Базовые цепи этих транзисторов питаются от обмоток II и III трансформатора Т1, на первичную обмотку которого поступает ступенчатое напряжение с формирователя, собранного на микросхемах DD1, DD2.

Задающий генератор формирователя собран на инверторах DD1.1 и DD1.2 и вырабатывает колебания частотой, определяемой переменным резистором R4.1, резистором R4.2 и конденсатором С6. Изменяя емкость конденсатора С6, можно в широких пределах менять частоту генерируемого ультразвука, а изменением сопротивления резистора R4.1 подстраивать генератор на резонансные частоты ультразвукового излучателя.

Импульсы с выходов триггеров DD2.1 и DD2.2 поступают на входы элементов DD1.3 и DD1.4, в результате чего на их выходе формируются импульсные последовательности со скважностью 4. Их разность (рис.2, диаграмма,Т1, обм. I,) имеет вид импульсов чередующейся полярности с одинаковой длительностью и продолжительностью пауз между ними.

Через трансформатор Т1 это ступенчатое напряжение передается на базу транзисторов VT1,VT2 и поочередно открывает их. Наличие пауз между импульсами гарантирует полное закрывание каждого из них перед открыванием другого.

Микросхемы DD1,DD2 формирователя питаются напряжением 12 В от бестрансформаторного источника, состоящего из балластного конденсатора С3, выпрямительного моста VD2, стабилитрона VD3 и конденсаторов фильтра С7, С8.

Выбор такого напряжения питания микросхем позволил использовать трансформатор Т1 с максимально возможным коэффициентом трансформации (10:1), что снизило токовую нагрузку на элементы DD1.3, DD1.4 и дало возможность обойтись без дополнительных транзисторных ключей в их выходной цепи.

Устройство собрано на печатной плате (рис.3) из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Транзисторы VT1, VT2 закреплены на пластине размерами 40х22 мм из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, припаянной перпендикулярно плате. Транзисторы КТ704А можно заменить на транзисторы КТ872А.

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К10х6х5 из феррита 3000НМ.

Его обмотка I содержит 180 витков провода ПЭЛШО 0,1, обмотки II и III- по 18 витков ПЭЛШО 0,27.

Магнитопровод трансформатора Т2 -К28х16х9 из феррита 2000 НМ. Обмотка I состоит из 105 витков провода ПЭЛШО 0,27, обмотка II- из 14 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм.

Витки обмоток каждого трансформатора необходимо равномерно распределить по всему магнитопроводу.

УЛЬТРАЗВУК ПРОТИВ ГРЫЗУНОВ

(из журнала,РАДИО, №8 1996)

Предлагаемое устройство (рис.1) представляет собой ультразвуковой генератор, частота колебаний которого промодулирована инфразвуковыми колебаниями частотой 6...9 Гц.

Генератор инфразвуковой частоты образуют элементы DD1.1, DD1.2, резисторы R1, R2 и конденсатор С1. Цепочка из резисторов R3, R4, R6, конденсатора С2, диодов VD1, VD2 и транзистора VT1 предназначена для периодического,увода, частоты ультразвукового генератора-симметричного мультивибратора, собранного на элементах DD1.3, DD1.4, резисторах R5, R7 и конденсаторах С5, С6. Его частота периодически, с частотой 6...9 Гц изменяется от 25 до 50 кГц.

Транзисторы VT2-VT5, каждый из которых включен эмиттерным повторителем, образуют двухтактный мостовой усилитель, нагрузкой которого служит динамическая головка ВА1- она излучает ультразвук с частотной модуляцией. Диод VD3 и конденсаторы С3, С4- это фильтр в цепи питания микросхемы DD1. Диод VD3, кроме того, предохраняет микросхему от выхода из строя в случае ошибочной полярности включения источника питания всего устройства.

Каков принцип работы ультразвуковой сирены? Если, допустим, эмиттерный переход транзистора VT1 замкнуть проволочной перемычкой, он будет постоянно закрыт, поэтому диоды VD1 и VD2 тоже будут закрыты и ультразвуковой генератор станет работать с постоянной частотой около 25 кГц. Поскольку номиналы резисторов R5, R7 и конденсаторов С5, С6, входящих в мультивибратор, равны между собой, этот генератор формирует строго симметричные прямоугольные импульсы, обеспечивающие головке ВА1 работу,без перекоса, Это- низшая частота работы устройства.

Если теперь верхний (по схеме) вывод резистора R3 переключить на плюсовой проводник источника питания, а перемычку с эмиттерного перехода транзистора VT1 удалить, то транзистор будет постоянно в открытом состоянии. В этом случае диоды VD1 и VD2 станут поочередно открываться с частотой 50 кГц- удвоенной частотой ультразвукового генератора, являющейся высшей частотой устройства.

В целом же устройство работает следующим образом. Когда сигнал низкого уровня на выходе элемента D1.2 скачком сменяется высоким, в течение примерно 30 мсек частота ультразвукового генератора изменяется (за счет плавного открывания транзистора VT1) с 25 до 50 кГц, после чего в течение 35 мсек остается равной 50 кГц. Затем, когда сигнал высокого уровня на том же выходе элемента DD1.2 снова сменяется низким, генератор в течение 30 мсек уменьшает свою частоту (из-за плавного закрывания транзистора VT1) с 50 до 25 кГц, после чего 35 мсек формирует импульсную последовательность низшей частоты. Далее работа устройства циклически повторяется.

Частоту инфразвукового генератора можно изменять подборкой резистора R2, время нарастания и спада частоты ультразвукового генератора- подборкой резистора R3, а значение высшей частоты устройства- резистора R6. При необходимости изменения низшей частоты (обычно в сторону ее уменьшения вплоть до 20 кГц) одновременно подбирают сопротивление резисторов R5 и R7, соблюдая при этом равенство их номиналов.

Мощность ультразвуковых колебаний возрастет, если использовать в качестве ультразвукового излучателя головку 6ГДВ-4 или включить параллельно две головки 3ГДВ-1.

Питать устройство рекомендуется от стабилизированного источника напряжения соответствующей мощности. Так при напряжении питания 9 В и восьмиомной нагрузке ток, потребляемый устройством не превышает 0,5 А, а с четырехомной нагрузкой- 1 А.

Чтобы затруднить грызунам адаптацию к отпугивающему сигналу, целесообразно использовать более сложный генератор инфразвуковой частоты, например, генератор псевдослучайной последовательности импульсов.

Схема практической конструкции такого генератора представлена на рис.2.

Рис.2

В нем два дополнительных инфразвуковых генератора на элементах DD2.1, DD2.2 и DD2.3, DD2.4, которые по отдельности способны формировать прямоугольные импульсы частотой около 1,9 и 3,6 Гц соответственно. Частоты всех трех генераторов выбирают так, чтобы они не были кратны одна другой. Тогда вместо методической частотной модуляции ультразвука удается получить целые,трели, напоминающие (разумеется, в звуковом диапазоне) не только птичье пенье, но и мышиный и крысиный писк в стрессовой ситуации. Услышать его человек может, если примерно вдвое увеличить емкость конденсаторов С5 и С6 генератора на элементах DD1.3, DD1.4 и тем самым снизить его частоту до звукового диапазона. Именно в этом режиме подборкой резисторов R9, R11 и R2 изменяют частоту всех трех инфразвуковых генераторов.

Устройство с таким генератором колебаний инфразвуковой частоты наиболее точно имитирует тревожный писк грызунов, не воспринимаемый ухом человека, но прекрасно различаемый грызунами.

РЕМОНТ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНКИ РЕТОНА

(из журнала,РАДИО, №6 2006)

Принципиальная схема, восстановленная по конфигурации печатных проводников на плате, показана на рисунке.

Генератор ультразвуковых колебаний- простейший высокочастотный генератор на транзисторе VT1, выполненный по классической схеме индуктивной,трехточки, с пьезоизлучателем BQ1 в качестве частотозадающего элемента. Светодиод HL1 служит индикатором работы генератора- наличия высокочастотного напряжения на эмиттере транзистора. Диод VD1 защищает светодиод от напряжения обратной полярности. Трансформатор Т1 и мост из диодов VD2-VD5 питают генератор напряжением, пульсирующим с частотой 100 Гц.

УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ ""УЛЬТРАТОН МС-2000"

(из журнала,РАДИО, №1 2007)

Принципиальная схема устройства показана на рис. 1.

Рис.1

Основной элемент устройства- генератор импульсов с полумостовым выходом на микросхеме IR53HD420.

Ее внутренние компоненты изображены на рис.2. Эта гибридная микросхема предназначена для применения в маломощных двухтактных импульсных преобразователях и представляет собой известную микросхему IR2153 для,электронных балластов, дополненную выходными полевыми транзисторами и диодом с малым временем восстановления обратного сопротивления.

Параметры этой микросхемы следующие:

Максимальное напряжение питания транзисторного полумоста-500 В

Сопротивление каналов сток-исток полевых транзисторов в открытом состоянии- 3 Ом

Максимальный средний ток стока этих транзисторов при температуре корпуса 85 °С- 0,5 А

Максимальная частота коммутации- 1 МГц

Максимальная рассеиваемая мощность- 2 Вт

Время восстановления обратного сопротивления диода- 50 нсек.

Сетевое напряжение через токоограничивающие резисторы R1, R2 и фильтр L1, C1, C2 поступает на диодный мост VD1. Выпрямленное, пульсирующее с частотой 100 Гц напряжение, пройдя через плавкую вставку FU1, используется для питания устройства. Через 1...2 сек. после включения прибора в сеть напряжение на конденсаторе С3 достигает 9 В и микросхема DD1 начинает работать. Напряжение ее питания в установившемся режиме (12...13 В) ограничено внутренним стабилитроном. При указанных на схеме номиналах элементов цепи С4, R3, R4 частота выходных импульсов микросхемы- около 20,5 кГц (точное значение устанавливают подстроечным резистором R4).

При поочередном включении коммутирующих транзисторов потенциал точки соединения истока,верхнего, транзистора VT1 и стока,нижнего, транзистора VT2 становится приблизительно равным либо поданному на сток транзистора VT1 напряжению +310 В, либо нулю. При этом напряжение между затвором и истоком транзистора VT1 должно меняться от 0 до +12 В.

К выходу микросхемы IR53HD420 через разделительный конденсатор С6 подключена первичная обмотка трансформатора Т1. Его вторичная обмотка нагружена пьезокерамическим излучателем ультразвука BQ1.

Светодиод HL1, включаясь через 1...2 сек. после подачи на прибор сетевого напряжения, сигнализирует о нормальной работе микросхемы DD1. Конечно, он будет светиться и при обрывах в обмотках трансформатора Т1 или при неисправном излучателе BQ1, но такая индикация все-таки лучше, чем простой контроль наличия сетевого напряжения.

Таблица неисправностей,УЛЬТРАТОН МС-2000,

Работоспособность прибора восстанавливают заменой отказавшего элемента. Частоту внутреннего генератора микросхемы DD1 регулируют подстроечным резистором R4 по максимуму напряжения на излучателе BQ1.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОТПУГИВАТЕЛЬ КРЫС НА МИКРОСХЕМЕ КР1211ЕУ1

(из журнала,РАДИО, №7 2011)

Микросхема КР1211ЕУ1 предназначена для построения нестабилизированных импульсных преобразователей напряжения и, в частности, для управления мощными транзисторными ключами.

Она содержит задающий генератор, два мощных выходных каскада, работающих в противофазе, а также узлы управления.

Подбирая элементы внешней частотозадающей цепи, частоту генерируемых сигналов можно изменять в очень широких пределах. Также предусмотрен специальный вход для включения и выключения выходных сигналов.

Благодаря описанным особенностям, на этой микросхеме можно собрать ультразвуковой отпугиватель крыс или других вредных животных. Такие устройства излучают обычно ультразвук частотой 20...30 кГц в импульсном режиме или в режиме модуляции частоты. Это повышает эффективность отпугивателя, затрудняя привыкание животных к ультразвуку.

Схема предлагаемого устройства показана на рис.1

На микросхеме DD1 собраны два генератора импульсов низкой частоты. Прямоугольные импульсы с выхода генератора на элементах DD 1.2 и DD 1.4 поступают на вход FV микросхемы DA1 и при низком логическом уровне включают, а при высоком выключают сигналы на выходах Q1 и Q2 микросхемы DA1. Поэтому ультразвуковой сигнал получается прерывистым.

Пилообразное напряжение, формируемое генератором на элементах DD1.1 и DD1.3 поступает на вход Т микросхемы DA1, к которому подключена и частотозадающая цепь R4C4 ее внутреннего генератора. Благодаря этому, частота генерируемых импульсов модулирована, изменяясь на 20...30 % по пилообразному закону. Поскольку генераторы на микросхеме DD1 работают на разной частоте, то каждая ультразвуковая посылка отличается по частоте от предыдущей. По мнению автора, это делает отпугиватель более эффективным.

Для того, чтобы увеличить мощность прибора и подключить к нему излучатель ультразвука сопротивлением в несколько Ом, применен мостовой усилитель мощности на сборках комплементарных полевых транзисторов VT1 и VT2. Сопротивление открытых каналов этих транзисторов- 0,05...0,1 Ом, допустимый ток стока-3...4 А (постоянный), 12А (импульсный).

Напряжение питания отпугивателя должно находится в указанных на схеме пределах, потребляемый ток зависит в основном от сопротивления излучателя ВА1.

Прибор можно собрать на печатной плате, изображенной на рис.2.

Рис.2

Ее делают из стеклотекстолита, фольгированного с двух сторон. Фольга на одной из них служит общим проводом. Соединения с ней печатных проводников, находящихся на противоположной стороне платы, выполнены проволочными перемычками. Они пропущены через отверстия, обозначенные на схеме расположения элементов крестами.

Микросхему К561ЛЕ5 можно заменить на К561ЛА7. Выключатель SA1- любой малогабаритный. В качестве излучателя ВА1 подойдет высокочастотная динамическая головка (,пищалка,) 2ГД-36 или подобная ей из числа современных.

Налаживая отпугиватель, подбирают резисторы и конденсаторы частотозадающих цепей всех генераторов прибора, стремясь получить наиболее неприятный для животных ультразвуковой сигнал. Для плавной перестройки генераторов можно временно заменить постоянные резисторы переменными. На время подключив параллельно конденсатору С4 еще один емкостью примерно 1000 пФ, можно понизить частоту ультразвуковых сигналов и перенести их в слышимый диапазон. Это даст возможность,на слух, оценить параметры модуляции.

В моменты включения и выключения выходных сигналов микросхемы DA1 в излучателе ВА1 слышны щелчки. Если же это неприемлемо, то можно отказаться от импульсного режима работы микросхемы, оставив лишь частотную модуляцию ультразвука. Для этого резистор R2 и конденсатор С2 необходимо удалить, а выводы 12 и 13 микросхемы DD1 соединить с общим проводом.

Фото печатной платы прибора

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ОТПУГИВАНИЯ КРЫС

(из журнала. ,РАДИОЛЮБИТЕЛЬ, №7 1996)

Этот генератор может быть использован в хранилищах зерна и других помещениях для хранения продуктов.

Схема генератора, показанная на рисунке, состоит из модулятора низкой частоты (С1, С2, DD1.1, DD1.2, R1, R2), генератора ультразвуковых колебаний (С3, С4, DD1.3, DD1.4, R3, R4), усилителя мощности на транзисторах VT1...VT3 и излучателя, в качестве которого использован высокочастотный громкоговоритель 4ГДВ-1. При номиналах, указанных на схеме, генератор излучает частотно-модулированные колебания в диапазоне 15...40 кГц. Частота генератора регулируется резистором R4, частота модуляции регулируется резистором R2 в пределах 2...10 Гц.

Если установить контакт S1 таким образом, что при несанкционированном проникновении в помещение этот контакт замыкается, генератор может работать еще и как сирена охранной сигнализации, поскольку начинает излучать модулированные по частоте колебания в диапазоне 1000....2000 Гц.

Следует иметь в виду, что при длительной работе в одном частотном диапазоне крысы могут адаптироваться, поэтому необходимо резисторами R2 и R4 изменять параметры излучения 2...3 раза в неделю. Можно также применить такой прием: конденсатор С4 соединить с отрезком провода, создающим дополнительную емкость, изменяющуюся с изменением температуры, влажности, силы ветра (если провод вывести наружу) и т.д. Тогда частота будет изменяться по случайному закону.

УЛЬТРАЗВУК ПРОТИВ ГРЫЗУНОВ

(из журнала,РАДИОЛЮБИТЕЛЬ, №1 2007)

На рисунке представлена схема пятиступенчатого генератора (при желании количество выходных частот можно увеличить до 10). Генератор тактовых импульсов собран на микросхеме DA1. Частота генератора определяет время включения частот генератора ультразвука и определяется параметрами элементов R1 и С1. Прямоугольные импульсы с выхода микросхемы DA1 поступают на вход десятичного счетчика, собранного на микросхеме DD1.

Генератор высокой частоты (60...80 кГц) собран на микросхеме DD2. Частота генератора определяется параметрами элементов С2, R5, R6 и поочередно подключаемым счетчиком DD1 резисторами R6...R10. С выхода 3 микросхемы DD2 прямоугольные импульсы поступают на вход триггера DD3, и после деления на 2 с выхода триггера DD3 противофазные прямоугольные импульсы подаются на мостовой усилитель мощности, собранный на комплементарных парах транзисторов VT1, VT3 и VT2, VT4, нагрузкой которого является высокочастотная пьезоэлектрическая динамическая головка.

Если устройство предназначено для использования в малых помещений (небольшой склад, кладовая или сарай), то можно уменьшить выходную мощность, отказавшись от усилителя, а пьезоэлектрический излучатель подключить непосредственно на один из выходов триггера DD3.

Ультразвуковые генераторы являются источниками питания ультразвуковых установок. Они преобразуют электрическую энергию промышленной частоты (50 Гц) в энергию переменного тока ультразвуковой частоты. Этот ток является током возбуждения преобразователя. Одновременно генераторы вырабатывают ток подмагничивания, необходимый для получения наибольшей величины относительного удлинения преобразователей (т. е. амплитуды колебаний).

В ультразвуковых технологических установках в основном используют ламповые и полупроводниковые генераторы. Они могут работать по схеме с самовозбуждением и независимым возбуждением. Генераторы с самовозбуждением отличаются простотой схемы, но уступают генераторам с независимым возбуждением по стабильности частоты.

Генераторы с независимым возбуждением состоят, как правило, из трех каскадов (блоков): задающего, промежуточного и выходного. Задающий каскад преобразует ток промышленной частоты в ток ультразвуковой частоты (определенного диапазона) при малой мощности электрических импульсов. Промежуточный каскад усиливает эти импульсы до мощности, необходимой для питания выходного блока. Выходной блок окончательно усиливает импульсы тока ультразвуковой частоты до мощности, необходимой для возбуждения преобразователя (нагрузки).

Универсальные и специализированные генераторы

Первые рассчитаны на работу с различными технологическими установками и позволяют, как правило, регулировать выходные параметры в относительно широких пределах. Они применяются при размерной обработке, ультразвуковой очистке, сварке и т. д. Специализированные генераторы чаще применяют в массовом и серийном производстве, когда нет необходимости регулировать выходные параметры в широких пределах.

К электрическим характеристикам ультразвуковых генераторов относятся рабочая частота, выходная мощность, к. п. д., стабильность частоты, стабильность амплитуды колебаний колебательной системы и уровень индустриальных радиопомех.

Рабочая частота (или диапазон частот) генератора должна соответствовать установленным стандартам (18±1,35); (22±1,65); (44+4,4) кГц и т. д.

Выходная мощность генератора означает электрическую мощность, передаваемую им колебательной системе ультразвуковой установки. Наибольшее распространение получили ультразвуковые генераторы мощностью от 0,25 до 10 кВт. В генераторах мощность можно регулировать ступенчато и плавно.

КПД генератора

КПД генератора характеризует отношение его выходной мощности ко всей потребляемой им от сети мощности. Он зависит от схемы генератора, режима работы, качества исполнения и т. д. Для генераторов мощностью до 0,4 кВт к. п. д. должен составлять не менее 0,3 для лампового и 0,5 для полупроводникового генераторов, а, например, мощностью от 2,5 до 10 кВт- не менее 0,5 и 0,65 (соответственно).

Стабильность частоты выше у генераторов с независимым возбуждением, так как она определяется параметрами задающего блока, на работу которого не влияет изменение параметров нагрузки.

В процессе работы колебательных систем может происходить рассогласование по частоте системы и генератора, что является следствием, например, износа инструмента, нагрева концентратора и других причин. В результате рассогласования падает амплитуда колебаний рабочего элемента системы и, как следствие, производительность процесса. Для поддержания постоянной амплитуды колебаний рабочих элементов в процессе ультразвуковой обработки в генераторах применяют блоки автоматической подстройки частоты (блоки АПЧ). Эти блоки предусматривают подстройку частоты электрическими методами, для чего, в частности, в выходном блоке генератора монтируется узел выделения электрического сигнала, пропорционального амплитуде механических колебаний рабочего элемента колебательной системы . При рассогласовании частоты колебательной системы и генератора в обмотке выходного трансформатора последнего выделяется сигнал по величине и фазе тока нагрузки. Этот сигнал вызывает изменение вырабатываемой генератором частоты и сводит к нулю рассогласование; амплитуда колебаний инструмента восстанавливается, что позволяет продолжать операцию в заданном режиме.

Ультразвуковой генератор типа УЗГ13-1,6 (мощность его 1,6 кВт) может работать в режиме независимого возбуждения и с АПЧ. Два диапазона частот этого генератора позволяют работать на 16,35-23,65 кГц.

Стабильность амплитуды колебаний нагрузки достигается также применением автоматической обратной связи (АОС) при использовании генераторов с автоподнастройкой частоты.

Необходим для очень широкого спектра девайсов - отпугивателей мышей, комаров, собак. Или просто в качестве ультразвуковой стиральной машинки. Так-же с данным EPU можно ставить интересные опыты и эксперименты (товарищи добавляют: в том числе и с соседями:)). Может использоваться для сокращения времени травления и промывки печатных плат, уменьшения времени замачивания белья. Ускорение протекания химических процессов в жидкости, облучённой ультразвуком, происходит благодаря явлению кавитации — возникновению в жидкости множества пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью и звукокапиллярному эффекту. Ниже представлена схема ультразвукового генератора переменной частоты, взятая из журнала "Радиоконструктор".

Основу схемы составляют два генератора импульсов прямоугольной формы и мостовой усилитель мощности. На логических элементах DD1.3, DD1.4 выполнен перестраиваемый генератор импульсов формы меандр ультразвуковой частоты. Его рабочая частота зависит от ёмкости конденсатора С3 и общего сопротивления резисторов R6, R4. Чем сопротивление этих резисторов больше, тем частота меньше. На элементах DD1.1, DD1.2 сделан НЧ генератор с рабочей частотой около 1 Гц. Оба генератора связаны между собой через резисторы R3, R4. Конденсатор С2 предназначен для того, чтобы частота высокочастотного генератора изменялась плавно. Если конденсатор С2 зашунтировать переключателем SA1, то частота высокочастотного генератора будет постоянной. На микросхеме DD2 и полевых транзисторах выполнен мостовой усилитель мощности импульсов. Инверторы микросхемы раскачивают двухтактные повторители на полевых транзисторах. Когда на выводах 3, 6 DD2 лог. О, то на выходах DD2.3, DD2.4 будет лог. 1. Соответственно, в этот момент времени будут открыты транзисторы VT1, VT4, a VT2, VT4 будут закрыты. Использование сигнала прямоугольной формы приводит к богатому гармониками акустическому излучению. В качестве излучателей ультразвука используются две высокочастотные динамические головки типа 2ГД-36-2500. Можно использовать и 6ГД-13 (6ГДВ-4-8), ЭГД-31 (5ГДВ-1-8) и другие аналогичные. При возможности, их желательно заменить мощным пьезокерамическим излучателем или магнитостриктором, который можно попробовать изготовить самостоятельно, намотав на ферритовом П-образном сердечнике от ТВС телевизора несколько десятков витков многожильного медного провода, а в качестве мембраны применить небольшую стальную пластину. Катушка должна быть размещена на массивной опоре. Р-канальные полевые транзисторы можно заменить на IRF5305, IRF9Z34S, IRF5210; п-канальные — IRF511, IRF541, IRF520, IRFZ44N, IRFZ48N. Транзисторы устанавливаются на радиаторы. Микросхемы можно заменить на 564ЛА7, CD4011A, К561ЛЕ5, КР1561ЛЕ5, CD4001B. Дроссель L1 — любой миниатюрный индуктивностью 220.... 1000 мкГн. Резисторы R7, R8 — самодельные проволочные. Переменный резистор СП3-30, СП3-3-33-32 или с выключателем питания СП2-33-20. Печатную качаем в архиве.

Настройка. Движок переменного резистора R5 устанавливается в среднее положение, контакты выключателя SA1 замыкаются, подбором ёмкости конденсатора С3 и сопротивления резистора R6 устанавливается частота генератора на DD1.3, DD1.4 около 30 кГц. Далее, контакты SA1 размыкаются и подбором сопротивлений резисторов R2, R3 и R4 следует установить девиацию ультразвуковой частоты от 24 кГц до 35...45 кГц. Делать её более широкой не следует, так как или работа устройства станет слышимой человеком, либо заметно возрастут потери на переключение полевых транзисторов, а эффективность излучателей звука упадёт. Срыв работы генератора на DD1.3, DD1.4 не допускается, так как это может привести к повреждению катушек динамических головок. Источник питания должен быть рассчитан на ток не менее 2 А. Напряжение питания может быть от 11 до 13 вольт.

Сегодня собрал такую схему ультразвукового излучателя - работает не очень, но! Немного пораскинув умом, пришел к выводу о необходимости повысить ёмкость С3 до 2200 пф, далее естественно была устранена ошибка в схеме - в элементе DD2.2 выводы 4 и 6 перепутаны. И о чудо - работает. Правда долго выдержать этот пронзительный звук, меняющийся в широком диапазоне не представляется возможным даже тем, кто находится и в других комнатах. Голова начинает даже не болеть, а её как будто в тиски жмёт, до тошноты противное состояние, выдержал секунд 30.

Ток потребления можно рассчитать исходя из сопротивления применяемого ультразвукового излучателя, закон Ома помнят думаю все. К примеру, у меня стоит на 16 Ом, приняв за КПД 100% оконечного каскада, что почти так и есть, получаем 750 мА при напряжении питания 12 В. Напряжение менять не стоит, иначе упадет мощность, да и смысл уменьшать? Свой ультразвуковой излучатель питаю от кренки на 12 В. При перепадах напряжения частота более менее стабильна получается. Диапазон выходных частот варьирует в широком пределе переменным резистором от слышимого спектра - до не слышимого, необходимо лишь правильно подобрать скважность импульсов для правильной работы схемы. Устройство собрал и испытал: ГУБЕРНАТОР.