کاربرد میکرو کامپیوتر تک تراشه در مبدل سرامیکی پیزوالکتریک

سرامیک‌های پیزوالکتریک می‌توانند اثرات الکتریکی تحت تأثیر میدان الکتریکی متناوب ایجاد کنند. مبدل‌های اولتراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک می‌توانند تحت عمل میدان الکتریکی متناوب ارتعاش ایجاد کنند و می‌توانند امواج اولتراسونیک قوی را در طول تشدید ایجاد کنند. از آنجایی که سرامیک های پیزوالکتریک دستگاه های خازنی در مدارهای تغذیه مبدل اولتراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک هستند، از سلف ها و سرامیک های پیزوالکتریک اغلب برای تشکیل یک مدار تشدید LC استفاده می شود. برای چنین مدارهای تغذیه رزونانس LC، فرکانس تشدید متعلق به مدارهای پیزوالکتریک است. مقدار ظرفیت خازنی معادل سرامیک، مقدار اندوکتانس، ضریب تقویت ترانزیستور، نقطه عملکرد مدار تقویت کننده، ضریب بازخورد و دمای کار تعیین می شود. از آنجایی که مبدل سرامیکی پیزوالکتریک با فرکانس تشدید اسمی 28 کیلوهرتز دارای پراکندگی زیاد است، فرکانس تشدید آن به طور کلی در محدوده 26-32 کیلوهرتز است و نصف عرض فرمانت معمولاً کمتر از 200 هرتز است. بنابراین، مدار رزونانس LC به عنوان موج اولتراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک استفاده می شود. مشکلات زیر در حلقه مبدل پیزوالکتریک : اول، تنظیم مدار دشوار است. 

برای اینکه مبدل در نقطه رزونانس کار کند، باید پارامترهای زیادی تنظیم کرد، مانند تنظیم نقطه کار و ضریب بازخورد. دوم، ویژگی های جزء بالا هستند، مانند ترانزیستور. بزرگنمایی باید غربال شود و اندوکتانس تطبیق خطای مقدار نباید خیلی بزرگ باشد. سوم اینکه عملیات ناپایدار است، تغییر دمای محیط باعث انحراف فرکانس تشدید از نقطه تشدید می شود و سایش مبدل باعث تغییر جرم آن می شود، به طوری که فرکانس رزونانس تغییر می کند؛ این مشکلات منجر به فرآیندهای پیچیده تولید مبدل های اولتراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک می شود که برای تولید انبوه مساعد نیستند. استفاده از فناوری کنترل تک تراشه می تواند این مشکلات را به راحتی حل کند. میکروکنترلر PIC16C712، فناوری PWM و فناوری تبدیل فرکانس برای طراحی مدار تغذیه مبدل اولتراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک استفاده می شود. این طرح در تولید واقعی به خوبی کار می کند.

PIC16C712 یک میکرو کامپیوتر تک تراشه 8 بیتی با کارایی بالا است که توسط شرکت MICROCHIP در ایالات متحده تولید می شود. سریع اجرا می شود. هنگامی که فرکانس نوسان 20 مگاهرتز است، یک چرخه ماشین 200 ثانیه است. چهار مبدل A/D 8 بیتی روی تراشه وجود دارد، یک ورودی ضبط/ مقایسه خروجی/ خروجی مدوله شده با عرض پالس PWM (یعنی ماژول CCP). که مدار تغذیه را نشان می دهد مبدل اولتراسونیک حلقه سرامیکی پیزو که توسط میکرو کامپیوتر تک تراشه کنترل می شود. ماژول CCP میکروکامپیوتر تک تراشه PIC16C712 روی حالت خروجی PWM تنظیم شده است. به عنوان منبع سیگنال نوسان مبدل، سیگنال خروجی از لوله برق TIP122 دارلینگتون عبور می کند. خروجی ترانسفورماتور فرکانس بالا T1 و ولتاژ فرکانس بالا بر روی مبدل اولتراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک بارگذاری می شود، به طوری که مبدل نوسان ایجاد می کند، اگر فرکانس خروجی سیگنال PWM فرکانس رزونانس مبدل اولتراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک باشد، جریان اولیه ترانسفورماتور بزرگترین فرکانس است. مقاومت مقاومت فیدبک نمونه برداری Rf 0.05 اهم است و جریانی که از طریق اصلی ترانسفورماتور فرکانس بالا T1 می گذرد به سیگنال ولتاژ تبدیل می شود (سیم پیچ اولیه جریان کاری ترانسفورماتور فرکانس بالا 0.5 آمپر تا 2.0 آمپر است و عملیات دیفرانسیل ولتاژ انجام می شود. از 0.75 ولت تا 3.0 ولت 

این سیگنال به عنوان سیگنال فیدبک VR استفاده می شود و توسط پین RA2 PIC16C712 (این پایه ورودی آنالوگ AN2 است) وارد می شود. این یک سیستم کنترل حلقه بسته را تشکیل می دهد. هنگامی که ماژول CCP PIC16C712 در حالت PWM کار می کند، PIC16C712 دارای چهار رجیستر تابع ویژه TMR2، PR2، CCPR1L و CCP1CON برای کنترل دوره و عرض پالس پالس خروجی PWM است. دوره سیگنال پالس خروجی PWM با فرمول زیر تعیین می شود: دوره سیگنال PWM = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (فرکانس از پیش تقسیم شده TMR2). در میان آنها، 4×TOSC=200ns، فرکانس پیش تقسیم شده TMR2 را می توان روی 1:1 تنظیم کرد. با تغییر مقدار رجیستر PR2، دوره نوسان سیگنال خروجی PWM را می توان تغییر داد و فرکانس سیگنال نیز تغییر خواهد کرد. مبدل التراسونیک سرامیکی پیزوالکتریک با فرکانس تشدید اسمی 28 کیلوهرتز، به دلیل گسستگی اجزا، فرکانس تشدید آن در محدوده 232 کیلو هرتز توزیع می شود. به منظور فعال کردن فرکانس سیگنال PWM برای قفل کردن فرکانس تشدید مواد سرامیک پیزو ، موارد زیر را می توان استفاده کرد. یک روش جارو فرکانس برای تعیین نقطه فرکانس تشدید.