愛好家やエンジニアのための6つの最高の超音波回路プロジェクト

愛好家やエンジニアのための6つの最高の超音波回路プロジェクト

投稿では、次のような多くの重要なアプリケーションに使用できる、非常に便利でありながらシンプルな6つの超音波送信機および受信機回路プロジェクトについて説明しています。 超音波リモコン 、盗難警報器、電子ドアロック、および通常は人間の耳には聞こえない超音波範囲の周波数を聞くため。

前書き



多くの市販の超音波ガジェットは、所定の周波数で動作し、特定の周波数でピークまたは共振するように作られたトランスデューサーを利用します。このようなトランスデューサの大部分の帯域幅と価格が制限されているため、趣味やDIYの実装には不適切になります。



しかし実際には、それは問題ではありません。 ピエゾスピーカー 超音波トランスデューサーのように、送信機出力デバイスの形で、また受信機センサーとしても適用できます。

ピエゾスピーカーの効率は、特殊な産業用トランスデューサーの効率と比較することはできませんが、趣味で楽しいプロジェクトとして、これらは完全に機能します。以下に説明する回路で使用したデバイスは、ほとんどのオンラインストアから入手できる33/4インチのピエゾツイーターでした。



1)最も単純な超音波発生器

図1この単純な超音波
発電機はそれほど困難なく構築することができます
そして非常に迅速に。

私たちの最初の回路は、上の図に示されていますが、よく知られているものを使用する超音波発生器です 555ICタイマー 調整可能な周波数の非安定マルチバイブレータ回路で。この設計は、R2と連動する方形波信号を出力し、12kHzから50kHzを超える周波数範囲でチューニングします。

この周波数範囲は、コンデンサC1の値を変更することで簡単に調整できます。値を小さくすると範囲が大きくなり、値を大きくすると範囲がはるかに狭くなります。



2)固定50%デューティサイクルの超音波発電機

上の図2に示されている次の超音波発生器は、単独の4049CMOS反転バッファICの6つのバッファゲートを利用します。

いくつかのバッファU1aとU1bは、可変周波数内に接続されているのがわかります。 astable-oscillator 50%のデューティサイクル、方形波出力を持つ回路。

接続されたピエゾ素子の出力を向上させるために、残りの4つのバッファはすべて並列に接続されています。このはるかに優れた超音波発生器の周波数範囲は、以前のIC555バージョンとほぼ同じです。ただし、この設計の主な利点は、全周波数範囲での正確な50%のデューティサイクルです。

とはいえ、コンデンサのC1値を下げることで周波数範囲を高くすることができ、C1の値を高くすることで周波数を下げることができます。 100kポテンショメータは、抵抗R3とともに、出力周波数を固定します。

3)PLL超音波発生器

PLL LM567ICとプッシュプル出力ピエゾドライバーを使用した正確で強力な超音波発生回路

ザ・ LM567フェーズロックループ(PLL)IC 上の図3で証明されているように、3番目の概念で超音波周波数を生成するために使用されます。この回路は、前の2つの超音波概念よりも優れた多くの機能を提供します。

まず、IC 567の内蔵発振器は、1Hz未満から500kHzまでの非常に大きな周波数スペクトル内で動作するように開発されています。ピン5でのジェネレータの出力波形は、その性能範囲全体で卓越した対称性を示します。

ジェネレータはさらに、出力がピエゾツイーター(SPKR1)のインピーダンスに非常に厳密に一致するため、他の2つの回路と比較して出力が増加します。

回路の出力は、約10kHzから100kHz以上まで微調整できます。 ポテンショメータの操作 R5。トランジスタQ1は、567の出力を遠ざけ、トランジスタQ2とQ3を使用して作成された出力アンプ回路を駆動するために、コレクタ接地回路のように接続されています。 ICのピン7接続を切断し、スイッチキーを直列に挿入することにより、回路を超音波cw送信機に変更できます。

その場合、信号を聞くために何らかの形の超音波受信機が必要になります。それはまさに次の回路で説明することです。

4)超音波受信回路

この調整可能なIC567超音波受信機は、
最良の結果を得るためにLM567超音波送信機について説明しました。

周波数調整機能を備えた567PLLICを使用した超音波受信回路を上の図に示します。 ICの調整可能な発振回路は、以前のジェネレータ回路と同じであり、まったく同じ範囲の周波数を処理します。 LEDはICのピン8検出器ピンに配置され、検出された信号をすばやく示します。

トランジスタQ1は、ピエゾデバイスによって検出された微小な超音波信号を増幅してPLLに転送するように配置されています。

テストする方法

超音波の動作をテストするには、IC 567超音波発生回路のスイッチを入れ、送信機のピエゾをエリア全体に移動します。最小設定から始めて、スピーカーから何も聞こえなくなるまでR5を少しずつ微調整します。これにより、高周波に対する耳の感度に応じて、回路の出力周波数が約16kHzと20kHzに固定されます。

ここで、超音波受信回路のスイッチを入れ、ピエゾトランスデューサーをジェネレーターのスピーカーから約12インチ離して配置しますが、まったく同じ方向に向けています。最小周波数ポイント(ポットの最大抵抗範囲に対応)から始めて、R5を介してレシーバーを調整し、レシーバーのLEDがちょうど点灯するまで周波数を少しずつ最大化します。

レシーバーがトランスミッターの出力信号に応答しない場合は、レシーバーのピエゾをジェネレーターのスピーカーに正確に向けて、これを継続的に行ってみてください。受信機が信号を検出してLEDが点灯したらすぐに、2つのTx / Rxピエゾを最低10フィート離して、もう一度微調整を開始します。

すべてが十分に機能していることがわかったら、送信機に接続されている電信キー(ピン7でオプション)を使用して、受信機のLED応答を確認できます。

LEDは、電信キーを使用してタップしたときに一点鎖線で点滅することにより、これに応答する必要があります。この超音波発生器/受信機セットの追加のアプリケーションは、簡単な盗難警報センサーの形にすることができます。

レシーバーのLM567のピン8とバッテリーの正極の間に5Vリレーを取り付けます。 TxデバイスとRxピエゾデバイスを約1フィート離して配置し、同じパス内に焦点を合わせますが、近くのオブジェクトは避けます。

人がスピーカーのペアの近くや正面に行くと、超音波周波数が反射して戻り、レシーバーのリレーがオンになります。リレーの出力接点は、アラームまたはサイレンデバイスのスイッチをオンにするために適用できます。

5)高感度超音波受信回路

最後の超音波受信回路の設計は、実際には非常に感度の高い超音波受信機であり、超音波周波数範囲内のほとんどすべてのものを簡単に拾うことができます。昆虫、コウモリの通信、エンジンなどを聞くことができるかもしれません。このアイデアは、高品質の超音波システムを開発するために、上記で説明した超音波発生器と組み合わせて使用​​することもできます。

デザインは、直接変換の原理を使用して機能します。トランジスタQ1とQ2は、ピエゾスピーカーによって検出された超音波信号をブーストします。次に、Q2のコレクタ出力を使用してJFET(Q3)入力を駆動します。これは、プロダクト検波回路のように接続されていることがわかります。

この概念のPLL(U1)ステージは、JFET検出回路の入力に追加で給電する調整可能なヘテロダイン発振器のように使用されます。インバウンド超音波信号は、ヘテロダイン発振器の周波数と結合して、和と差の周波数を生成します。

高周波要素は、C3、R8、およびC6コンポーネントネットワークを介してフィルタリングされます。残りの低周波出力は、LM386オーディオアンプ入力の両端に入ることができます。スピーカーまたはヘッドホンを回路のオーディオ出力に接続できます。

6)20kHzの範囲を超える音を聞くための別の超音波受信回路

私たちの耳の周波数検出範囲は、13kHzの周波数まではほとんどありません。超音波検出器の機能は、犬笛、かろうじて聞こえるガス漏れ、コウモリの鳴き声、新聞を軽くたたくなどのいくつかの人工超音波などの高周波ノイズの周波数を切り替えることによって、この制限を克服することです。

入力トランスデューサーによって検出された「超音波」はブーストされ、プロダクト検波器に送られます。 BFOの安定性はそれほど重要ではない可能性があるため、非安定マルチバイブレータが含まれています。必要な信号差に加えて、回路はさらにBFO信号と加算周波数を生成し、4kHzに固定されたローパスフィルター内で終端されます。

ここで得られる信号は、ヘッドホンのセットを操作するためにさらに増幅されます。この回路は約8ミリアンペアで動作するため、9V乾電池から簡単に電力を供給できます。




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