超声发生器是超声加工系统的重要部分，其性能的好坏直接影响着产品的加工质量。在超声加工系统中，为了获得最大振幅以提高加工质量，工作中应调整超声发生器的频率，使其与换能器振动系统的谐振频率相同。但加工过程中诸多因素的改变使换能器的谐振频率发生变化（如图1所示),当超声发生器具有频率自动跟踪性能后，系统就总是工作在谐振状态；为使超声设备工作稳定，许多场合要求换能器输出的功率与负载大小成比例，例如当换能器从重载突然变为空载时，其机械负载阻急剧变小，使得发生器和换能器极易损坏，我们研制的新型多功能发生器内部有一稳速电路，使功放的功率随负载的变化而变化；为了现场了解系统的工作状态，特别加入了机械振幅监控装置，使得操作人员可以方便地管理和操作设备。
图1 换能器振动系统的频率特性
电路原理与装置
如图2所示，发生器可分为主电路、采样电路、频率跟踪、稳速电路以及振幅监测电路。
图2 超声发生器系统结构图
主电路
压控振荡选用的是ICL8083,按图3所示接线时，可得到频率可控的正弦波，其中输入电压V即是鉴相电路的输出，其压控制特性曲线如图4示。
图3 压控振荡电路图
图4 压控特性
图5 换能器等效电路
图6 鉴相电路简图
频率跟踪电路
频率跟踪电路由单压取样、鉴相电路组成。换能器和超声发生器连接的等电路图如图5所示。输出变压器B的左端接超声发生器的功率输出端，L0为匹配电感，使换能器处与谐振状态，虚框中为换能器的等效电路。当其处于谐振状态时，虚框部分呈纯阻性，电压和电流相位相同；当处于失谐状态时，电路呈感性或容性，这时电压和电流相位不同。通过鉴相电路可以把这一相位差转换为一信号电压，当这一电压加在8083的7、8脚时即可改变超声发生器的频率，使换能器处于谐振状态，鉴相电路简图如图6所示。U和i分别为由采样电路得到的换能器两端的电压和通过其的电流，经电压比较器A1、A2和异或门A4及D触发器A5处理后各点波形如图7。其中异或门A4的输出经由两个电容构成的滤波电路后，变成一平滑的直流电压，而且其大小随相位差（异或门输出高电平的宽度）的增大而增大。当电压落后电流时，D触发器输出高电平，这时A3为一放大倍数为“1”的反向器（和运放相连的电阻应相对较大，否则三极管导通时电路将失去作用）；反之，A3为一放大倍数为“1”的跟随器。由此可知，鉴相电路可控制系统频率向谐振频率靠近直至达到谐振频率。电压和电流采样电路如图8所示，由于换能器的电压和电流是主电路的强电信号，本电路采用光电耦连接强弱电，使主电路和控制电路隔离，同时也有滤波的作用，强电采样用的是电压互感器和电流互感器。电路中均采用40系列的COMS芯片，这样不仅电路稳定，而且异或门的输出电压范围较大，可以达到8083的要求，中间省去放大电路，使得电路简化。
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