超聲波加濕器震蕩電路板電路設(shè)計

除濕機在生活中是很常見小家電，今天來講講超聲波除濕機的核心部分，震蕩電路板的電路原理、 各器件的參數(shù)選擇、 相關(guān)技術(shù)要求和實際設(shè)計中的有關(guān)問題。

震蕩板原理圖

圖1

工作原理簡介

換能片是由壓電陶瓷材料制成的晶片， 利用壓電陶瓷所固有超聲波振蕩特點，在換能片兩端加交變電場時，它會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，發(fā)生一定頻率的軸向機械變形。 LC自激振蕩電路在換能片兩端產(chǎn)生交變電場的頻率與串在電路中換能片的諧振頻率一致，產(chǎn)生共振，這種機械共振變化再傳輸?shù)脚c其接觸的液體，使液體表面產(chǎn)生隆起，并在隆起的周圍發(fā)生空化作用，由這種空化作用產(chǎn)生的沖擊波將以振子的振動頻率不斷反復(fù)，使液體表面產(chǎn)生有限振幅的表面張力波。這種張力波的波頭飛散， 有效地把水打散為1~5μ m小水顆粒，從而產(chǎn)生霧化現(xiàn)象，同時產(chǎn)生大量的負(fù)離子。

LC震蕩器實質(zhì)上是滿足震蕩條件的正反饋調(diào)諧放大器。由LC震蕩回路引出三個端點，分別與震蕩管的三個電極相連，構(gòu)成反饋式自激震蕩器，常稱為三點式震蕩器。如果反饋電壓取自分壓電容，則稱為電容三點式震蕩器；如果反饋電壓取自分壓電感，則稱為電感三點式震蕩器；圖1所示電路為典型的電容三點式震蕩電路，又稱為考畢茲震蕩電路。

圖1中V（ BU406）、 L1、 L2、 L3、 C2、 C4和換能片等組成超聲波震蕩器，當(dāng)電源接通后，電源電壓經(jīng)R4、 VR1、 VR2、 R3分壓送至晶體管V基極， V開始導(dǎo)通，由于電感L2、 L3的反電勢作用，晶體管V不能瞬間飽和，通過電容C4和電感L2的反饋，使V飽和導(dǎo)通。由于電感L上的電流不能

突變的特性，又因為L2、 L3與L1的極性相反，使得V的電流開始減小，通過正反饋電容C4的作用使V的b-e極電流進一步減小至截止，又由于電感的作用，使V又從截止到飽和，這樣周而復(fù)始形成超聲波震蕩。其震蕩頻率為：

該震蕩電路容易起振，且由于反饋電壓取自電容支路，對震蕩回路的高次諧波阻抗很小，因此震蕩波形中含諧波成分小，波形失真小。

圖一電路經(jīng)擴展，加入電源開關(guān)、工作/缺水指示燈、夜燈、直流風(fēng)扇驅(qū)動電路組成功能完善的超聲波加濕器震蕩電路，見下圖2。

圖2

各元器件作用：

換能片：有效的將電能量轉(zhuǎn)換為最大的超聲波能量。

晶體管 V：震蕩三極管。

二極管 D1：D1的作用是保護V不被擊穿。

可調(diào)電位器 VR1：調(diào)節(jié)VR1可以調(diào)節(jié)偏流，改變震蕩管的靜態(tài)電流，進而改變震蕩幅度的大小，通常W1裝在面板上供調(diào)節(jié)。

可調(diào)電位器 VR2：VR2裝在機內(nèi)作為微調(diào)。

水位開關(guān) K：K為常開型磁簧開關(guān)，當(dāng)水位下降到一定高度時，裝在浮子里的磁鐵隨水位下降，使磁簧開關(guān)斷開，V停振，提醒用戶加水。

電容 C1、 C3：濾波電容。

電容 C2、 C4：起振電容，起震蕩反饋作用。

電容 C5：補償電容，起震蕩補償作用。

電感 L1、 L2：起振電感。

電感 L3：濾波電感，降低地線阻抗，減少干擾。

KG：震蕩電路板電源開關(guān)。

K1：夜燈及按鍵。

LED：電源/缺水指示燈。

各元器件選型

換能片

壓電陶瓷材料制成的晶片，壓電陶瓷主要由鋯鈦酸鉛(PZT)所組成, 在氧化鋯(ZrO2)、氧化鉛 (PbO)及氧化鈦(TiO2等的粉末原料中，按一定比例適當(dāng)添加微量的添加物后，由多道加工程序完成陶瓷粉料制作，再利用油壓機使之壓縮成各種規(guī)格形狀，成型后在1350℃左右溫度下進行燒結(jié)，所得的成品，再以電鍍的方法或者不銹鋼貼片法完成電極極化工作后，就是壓電陶瓷晶片成品。壽命要求在5000h以上。目前主要使用的品牌是奧迪威。

晶體管 V

大功率三極管。要求BVceo＞200V， Uceo＞1． 5V(Ic＝2A時)， fT＞10MHz， Icm＝6A，通常選用BU406。

二極管 D1

選用超快恢復(fù)二極管FR107。

電位器 VR1

VR1選用帶開關(guān)電位器，可調(diào)范圍為5K或10K。

可調(diào)電阻器 VR2

選用可調(diào)電阻器202。

水位開關(guān) K

選用磁簧開關(guān)。

電容

C1選用1kv高壓電容101；

C2選用152/250V（以上） CBB電容；

C3選用滌綸電容2A103J；

C4、 C5選用損耗小、精度高的473/400V CBB電容。

電感

L1選用色環(huán)電感100uH/1W；

L2選用電感量3uH的空心電感：用0． 6mm刪漆包線在4mm的圓棒上繞3.5匝；

L3選用電感量30 uH工字電感：用0.44mm漆包線在8mm×10mm的工字形磁芯上繞25匝，外面套熱縮管。

KG

同開關(guān)電位器VR1，額定電流3A。

K1

夜燈開關(guān)選用自鎖按鍵，夜燈選用Φ 5高亮聚光藍燈。

LED

紅/綠或紅/黃雙色Φ 3/Φ 5LED，缺水時亮紅燈，正常工作時亮綠/黃燈。

注意事項

霧化換能器應(yīng)工作在飲用水或相似的溶液中，不得工作在 PH>8 或 PH<5 的液體中， PH>8 或 PH<5的液體會使霧化換能器性能減弱或損壞。換能器嚴(yán)禁在無水或無其它液體情況下工作；

換能器與電路板的連接引線要盡量短，有利于降低高頻噪聲，減小干擾；

調(diào)節(jié) L2 或 C2、 C4 可以改變震蕩頻率，但如果 L2 太小，電感的 Q 值就很低；如果改變 C2、 C4，則容量的變化又會改變分壓比從而影響反饋量，甚至?xí)虿粷M足條件而停振。因此 L2、 C2、 C4 都要求使用精度高的元件。

所有參與振蕩的電容均采用無感電容， PCB 底層須刷防潮漆。

由于液體溶液表面張力不同，各種液體的霧化量也不完全相同，相對液體表面張力越大，霧化量越小，反之則越大。液體內(nèi)所含雜質(zhì)不同，對設(shè)備的使用壽命、 霧化效果、保養(yǎng)周期都有一定的影響。在超聲波加濕中， 當(dāng)水中鈣、鎂、矽酸含量高時，會造成霧化器本身結(jié)垢、加濕量小甚至損壞環(huán)霧化片等負(fù)面影響。因此需加入一些軟化和改善水質(zhì)的裝置，同時經(jīng)常對霧化器表面進行清理。

實踐表明，霧化片在裝配時，傾斜 5～8°（通常為 7°）放置，霧化效果最好，而且有利于延長霧化片壽命；調(diào)整電路使霧化水柱高度控制在 12～14cm 時能達到最好的出霧效果（φ25/φ20 換能片）。

應(yīng)使霧化片中心到液面距離保持在 31～37mm，通常選取 34mm。

設(shè)計線路時要確保霧化器與水或其它液體之間不出現(xiàn)電位差，以避免發(fā)生電腐蝕而損壞換能器。

盡量不要追求大的噴霧量，也不宜把電流調(diào)到 0.8A 以上，否則會大大縮短換能片的壽命。一般情況下，噴霧量最大時，每小時噴出水量在 350ml～400ml 為正常情況（φ20 換能片） 。當(dāng)調(diào)節(jié) VR2 到最小位置時，稍有水霧噴出，此時電流在 0． 2A～0． 3A 左右比較合適。通電后，把噴霧量控制電位器 VR2旋到最大位置，應(yīng)看到水霧噴出量很大，同時觀察電流表指示不應(yīng)超過 0． 65A，也不應(yīng)小于 0． 5A，否則應(yīng)調(diào)節(jié) VR1 半可調(diào)電阻，使電流合適。

審核編輯：湯梓紅