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圧電セラミックは、 交流電界の作用下で電歪効果を生み出すことができます。圧電セラミック超音波トランスデューサは、交流電場の作用下で振動を発生させることができ、共振中に強力な超音波を発生させることができます。圧電セラミックは圧電セラミック超音波トランスデューサの給電回路における容量性デバイスであるため、インダクタと圧電セラミックは LC 共振回路の形成によく使用されます。このような LC 共振給電回路の場合、共振周波数は圧電回路に属します。セラミックの等価容量値、インダクタンス値、トランジスタの増幅率、増幅回路の動作点、帰還係数、動作温度が決まります。公称共振周波数が 28 kHz の圧電セラミックトランスデューサは分散が大きいため、その共振周波数は一般に 26 ～ 32 kHz の範囲にあり、フォルマントの半値幅は一般に 200 Hz 未満になります。そこで、圧電セラミックス超音波としてLC共振回路を使用します。には以下のような問題点がある 圧電振動子リング：まず回路調整が難しい。
トランスデューサを共振点で動作させるには、動作点やフィードバック係数の調整など、複数のパラメータを調整する必要があります。 2つ目は、トランジスタなどの部品特性が高いことです。倍率を選別する必要があり、値誤差の整合インダクタンスが大きすぎてはなりません。 3つ目は、動作が不安定であること、周囲温度の変化により共振周波数が共振点からずれること、振動子の磨耗により質量が変化して共振周波数が変化することである。これらの問題により、圧電セラミックス超音波振動子の製造工程が複雑になり、量産に適さない。シングルチップ制御技術を使用すると、これらの問題を非常に簡単に解決できます。 PIC16C712 マイクロコントローラー、PWM テクノロジー、および周波数変換テクノロジーを使用して、圧電セラミック超音波トランスデューサー給電回路を設計します。このスキームは実際の運用でもうまく機能します。
PIC16C712は、米国MICROCHIP社製の8ビット高性能シングルチップマイコンです。速く走れます。発振周波数が20MHzの場合、1マシンサイクルは200nsです。チップ上には 4 つの 8 ビット A/D コンバータがあり、1 つはキャプチャ入力/比較出力/PWM パルス幅変調出力 (つまり CCP モジュール) です。の給電回路を示します。 ピエゾセラミックリング超音波トランスデューサ。 シングルチップマイクロコンピュータによって制御されるシングルチップマイコン PIC16C712 の CCP モジュールは PWM 出力モードに設定されています。トランスデューサーの発振信号源として、出力信号はダーリントンパワー管TIP122を通過します。高周波トランス T1 の出力と圧電セラミック超音波トランスデューサに高周波電圧が負荷され、トランスデューサが発振する場合、PWM 信号の出力周波数が圧電セラミック超音波トランスデューサの共振周波数である場合、周波数トランスの一次電流が最大になります。サンプリング帰還抵抗Ｒｆの抵抗値は０．０５オームであり、高周波トランスＴ１の一次側に流れる電流が電圧信号に変換され（一次側コイルは高周波トランスの動作電流が０．５Ａ～２．０Ａで差動動作する。アンプＩＣ２で増幅され、フィルタされた電圧は０．７５Ｖ～３．０Ｖの範囲となる。）
この信号はフィードバック信号 VR として使用され、PIC16C712 の RA2 ピン (このピンはアナログ AN2 入力) から入力されます。これによりクローズ ループ制御システムが構成されます。 PIC16C712 の CCP モジュールが PWM モードで動作している場合、PIC16C712 には PWM 出力パルスの周期とパルス幅を制御するための 4 つの特殊機能レジスタ TMR2、PR2、CCPR1L、および CCP1CON があります。 PWM 出力パルス信号の周期は、PWM 信号周期 = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (TMR2 前分周周波数) で決まります。このうち、4×TOSC=200ns、TMR2 前分周周波数は 1:1 に設定できます。 PR2レジスタの値を変更することで、PWM出力信号の発振周期を変更することができ、信号周波数も変更します。公称共振周波数28KHzの圧電セラミック超音波トランスデューサは、部品が離散しているため、その共振周波数は26KHz～32KHzの範囲に分布しています。 PWM 信号の周波数を有効にするには、PWM 信号の共振周波数をロックします。 ピエゾセラミック材料には、以下のものが使用できます。共振周波数点を決定するための周波数スイープの方法。
