Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №2 - Журнал «Домашняя лаборатория»

катушке, при этом амплитуда колебаний возрастет почти вдвое.

Схема ультразвукового генератора

Принципиальная схема генератора изображена на рисунке:

Радиодетали: диод Д1 типа Д247, транзистор Т1 типа МП41 (МП42), транзистор Т2 типа П4 (П210); конденсаторы: С1 (500 мкФх30 В), С2 (0,047 мкФ), С3 = С5 = С6 (0,1 мкФ), С4 (5 мкФх20 В); резисторы: R1 (5,1 кОм), R2 = R4 (2,7 кОм), R3 (64 Ом), R5 (270 Ом).

Прибор собран на низкочастотных транзисторах и состоит из двух каскадов: задающего генератора на маломощном транзисторе МП-41 или 42 и усилителя, собранного на транзисторе П4 или П210 (заменить его на более доступный кремниевый пока не удалось).

Задающий каскад представляет собой автогенератор с индуктивной обратной связью. Частота генератора определяется параметрами колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L1 (первичной обмотки высокочастотного трансформатора Тр2) и конденсатора С2.

Плавная настройка генератора на нужную частоту осуществляется перемещением внутри обмоток трансформатора ферритового сердечника (изменением индуктивности контурной катушки).

Обмотка L3 трансформатора является катушкой обратной связи, с которой переменное напряжение через ячейку R2, С3 подается на базу транзистора Т1. Для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы обратная связь была положительной.

Режим работы транзисторов задается отрицательным автоматическим смещением на их базах, которое осуществляется делителями напряжения R1, R2 и R4, R5.

Температурная стабилизация транзистора Т1 осуществляется ячейкой R3, С4.

Напряжение высокой частоты, вырабатываемое автогенератором, посредством катушки L2 и конденсатора С5 подается на базу транзистора Т2. Нагрузкой этого транзистора служит первичная обмотка выходного трансформатора Тр3. Конденсатор С6 предназначен для оптимального согласования магнитострикционного излучателя МСИ с выходом генератора.

Генератор питается от выпрямителя, состоящего из силового трансформатора Тр1, диода D1 и электролитического конденсатора С1. Переключатель В2 служит для подачи на генератор напряжений 10 и 20 В.Силовой трансформатор через предохранитель Пр1, рассчитанный на ток 0,5 А, включается в осветительную сеть напряжением 220 В. Включателем В1 подается напряжение на генератор, при этом загорается сигнальная лампочка Л1.

Самодельные детали

Основными самодельными деталями генератора являются трансформаторы.

Высокочастотный трансформатор Тр2 намотан на круглом каркасе, изготовленном из подходящего изоляционного материала по чертежу, представленному на рисунке. Отверстия в одной из щек каркаса, в которых нарезана резьба под болты М4, предназначены для крепления трансформатора на шасси генератора.

Первичная обмотка L1 трансформатора содержит две одинаковые секции по 100 витков в каждой; обмотки L2 и L3 содержат 36 и 25 витков соответственно. Все обмотки намотаны в одну сторону проводом ПЭЛ 0,51 и должны быть надежно изолированы тонкой бумагой друг от друга

Выходной трансформатор Тр3 можно намотать на Ш-образном сердечнике сечением 2–3 см2 или на ферритовом стерженьке диаметром 8 мм и длиной 40 мм (смотри рис.). Первичная I и вторичная II обмотки трансформатора содержат по 100 витков провода ПЭЛ 0,51.Между обмотками необходимо проложить изолирующую бумажную прокладку.

Трансформатор Тр1 проще всего изготовить из фабричного силового трансформатора к ламповому приемнику, перемотав накальную обмотку.

Ультразвуковая приставка к УНЧ мощностью не менее 2 Вт.

Если не удалось достать мощный транзистор для ультразвукового генератора, можно на весьма доступном маломощном транзисторе собрать простую приставку, превращающую усилитель низкой частоты в ультразвуковой генератор:

Радиодетали: транзистор Т1 типа П401, диод D1 типа Д7Ж; резисторы: R1 (3,9 кОм), R2 (11 кОм), R3 (470 кОм), R4 (2,2 кОм), R5 (5600 м); конденсаторы: С1 (10,0 мкФх450 В), С2 (2400 нФ), СЗ (2000 нФ), С4 (0,1 мкФ).

Принципиальная схема установки для получения ультразвука изображена на рисунке. На резисторе R1, диоде D1 и конденсаторе С1 собран выпрямитель с фильтром.

В исходном состоянии при подаче напряжения питания транзистор Т1, работающий в лавинном режиме, заперт. От выпрямителя через резисторы R2 и R3 заряжается конденсатор С2. Когда напряжение на нем станет равно напряжению включения транзистора, конденсатор разряжается через резистор R5 и переход эмиттер — коллектор транзистора. Напряжение на конденсаторе уменьшается до напряжения запирания транзистора, и далее процесс повторяется вновь. При этом на конденсаторе появляется переменное пилообразное напряжение, частоту которого в определенных пределах можно регулировать переменным резистором R3.

Через разделительный конденсатор С3 пилообразное напряжение поступает на вход усилителя. К выходу Гр усилителя подключен магнитострикционный излучатель МСИ.

Для лучшего согласования излучателя с выходом усилителя (т. е. для повышения интенсивности ультразвуковых колебаний вибратора) обмотку возбуждения можно зашунтировать конденсатором С4.

Порядок работы с приставкой достаточно прост. Соберите по приведенной выше схеме установку и подайте питание на приставку и усилитель. Далее переменным резистором изменяйте частоту колебании, настраивая приставку в резонанс с вибратором магнитострикционного излучателя. При этом, если на торце вибратора находится лезвие бритвы, должно наблюдаться его дребезжание.

Определение частоты ультразвука и калибровка генератора.

Резонансную частоту ультразвуковых колебаний излучателя можно рассчитать, зная длину ферритового стержня.

При резонансе в стержне устанавливается стоячая волна, при этом в длину стержня укладывается целое число полуволн, т. е. за время полного периода Т(с) колебаний волна в феррите проходит расстояние L(см), равное удвоенной длине стержня I(см): L = 2∙I.

Зная скорость распространения звука в феррите V ~ 5,32∙(105)(см/с) и длину I, можно рассчитать все собственные частоты стержня Fn(Гц) = n/Т =n∙V/L =n∙V/(2∙I)/ Fn(кГц) = (10-3)∙n∙V/(2∙I).

Пример расчета:

Если I = 10 см, то Fn(кГц) = (10-3)∙n∙5,32∙(105)/(2∙I) = n∙532/(9∙I) = n∙266/1 = n∙266/10 = n∙26,6(кГц) при n = 1, 2, 3…., т. е. резонансные частоты кратны 26,6 кГц.

Мы будем приводить стержень в состояние резонанса на основной собственной частоте (n = 1).

Имея набор ферритовых стержней разной длины с определенной резонансной частотой, мы легко можем проградуировать ультразвуковой генератор, делая пометки на выдвижном сердечнике трансформатора задающего генератора.

Опыты с ультразвуковым генератором

Начинать работу с прибором нужно с простейших опытов.

Несколько таких опытов описано ниже.

Опыт 1: Обнаружение колебаний излучателя

При совпадении частоты генератора с основной собственной частотой вибратора в последнем устанавливается стоячая ультразвуковая волна и на всей длине вибратора укладывается половина длины волны звука в феррите. Стоячая волна в свободном стержне образуется благодаря интерференции бегущих волн, отраженных от торцов стержня. Коэффициент отражения звуковой волны на границе твердое вещество — газ равно практически единице.

1 — Пальцами возьмитесь за конец вибратора, возбужденного на основной частоте. Вы почувствуете, что вибратор стал, «скользким». Сожмите пальцы (или прижмите один из них к торцу вибратора) и у вас возникнет ощущение легкого ожога. Выключите ультразвук. Все эти ощущения немедленно исчезают. Перемещайте пальцы к середине вибратора. Тогда