超声波清洗用300瓦E类放大器的制作

　　一般的超声波清洗机的振子频率只有几十kHz，而本机的振子频率为1MHz，可以清除更细小的灰尘。上图是系统框图，超声波振子（PZT）用两个，每个功率150W，共300W。本机的振荡电路和驱动电路如中图。振荡电路应用了频率合成器DDS-12BSH，可得到稳定程度与晶体振荡一样的1MHz振荡频率，频率调整的分辨率为1kHz，输出波形幅度为1VP-P正弦波。此正弦波经74HC04整形为占空比可调的方波，半可变电阻VR用于调整占空比。为了提高驱动后级的能力，用源极接地的P、N沟道MOSFET管构成缓冲驱动级。在驱动级与后级之间加入绝缘用脉冲变压器T1，匝数比为1：2；为了不传送直流信号，在脉冲变压器次级串入了0.1μF的隔直电容器。以上电路由稳压的＋5V供电。

　　末级电路见下图由功率MOSFET 管做E 类放大以驱动超声波振子；因为MOSFET管的输入电容较大，在其栅源极间接入放电三极管Tr3，以快速释放积累在输入电容上的电荷。当脉冲变压器次级下端的极性为正时，D1 导通，Tr3 也导通，将MOSFET 管输入电容快速放电。末级电源电压计算：设输出功率 Pout＝300W、QL＝3、频率fsw＝1MHz、电源电压VDD＝140VDC，则在阻抗变换之前的负荷电阻RL＝0.568VDD2／Pout＝37.1Ω；按50Ω负荷匹配，则输出变压器T2 的匝数比N1/N2=根号37.1/50=0.86. 如果N1＝取4 匝，则N2 计算为4.64 匝，实取5 匝。按此反算变压器的一次阻抗为 50×（4／5）2＝32Ω，而前面计算值为37.1Ω，故输出300W 所需的电源电压为Vdd=根号PoutRl/0.568=130V。末级 LC 元件的计算如下： L1＝43.57RL／ω＝43.57×32／6.28×106＝222μH，式中43.57为常数；选用的磁芯型号为FT140－ 61，其μi ＝125 、AL ＝ 140nH（0.14 μ H），故其匝数N=根号3222/0.14=39.8匝，用AWG19 号耐热电线绕制（实绕37 匝，实测226μH）。C1＝0.1836／ωRL＝0.1836／6.28×106×32=913pF，选用1000pF、1kV 云母电容器。

　　串联谐振电感 L2 计算如下：

　　L2＝QLRL／ω＝3×32／6.28×106＝15.28μH，用T130－2 磁芯两个重叠，用AWG19 号耐热电线绕26 匝（实测15.6μH）。