6个简单且有用的超声波发射器和接收器电路

这篇文章讨论了6个非常有用但简单的超声波发射器和接收器电路项目，可用于许多关键应用，例如超声波遥控器，防盗报警器，电子门锁，以及收听通常人耳听不到的超声波范围内的频率。

许多商用超声波设备以预定频率工作，并利用在特定频率下达到峰值或共振的换能器。大多数此类传感器的带宽和价格有限，导致它们不适合爱好和DIY实现。

但事实上，这不是问题，因为几乎任何压电扬声器都可以像超声波换能器一样应用于两者，以发射器输出设备和接收器传感器的形式。

虽然压电扬声器的效率无法与专门的工业换能器的效率相提并论，但作为一种爱好和有趣的项目，这些可以完美地工作。我们在下面解释的电路中使用的设备是一个 33/4 英寸压电高音扬声器，可从大多数在线商店购买。

1） 最简单的超声波发生器

图1 这种简单的超声波

发生器可以毫不费力

地快速构建。

我们的第一个电路，如上图所示，是一个超声波发生器，它在可调频率非稳态多谐振荡器电路中使用了著名的555 IC定时器。该设计输出方波信号，与R2配合使用，可在12 kHz至50 kHz以上的频率范围内进行调谐。

通过改变电容器C1的值，可以轻松调整该频率范围;使用较低的值将导致范围变高，而较大的值将使范围变小。

2） 具有固定50%占空比的超声波发生器

下一个超声波发生器，如上图所示。如图2所示，利用6个缓冲门的单独4049 CMOS反相缓冲IC。

可以看到几个缓冲器U1a和U1b连接到具有50%占空比方波输出的变频非稳态振荡器电路中。

其余的4个缓冲器全部并联连接，以增强所连接压电陶瓷元件的输出。这种更好的超声波发生器的频率范围与以前的IC 555版本大致相似。然而，这种设计的主要优点是其在整个频率范围内具有50%的精确占空比。

也就是说，通过降低电容器C1值可以提高频率范围，而使用更高的C1值可以降低频率。100k电位计与电阻R3一起固定输出频率。

3） 锁相环超声波发生器

LM567锁相环（PLL）IC用于产生超声波频率，如上图3所示。该电路提供了许多比前两个超声波概念更好的功能。

首先，IC 567的内置振荡器被开发用于在1 Hz以下和高达500 kHz的超大频谱中工作。发生器的输出波形（引脚 5）在其整个性能范围内表现出出色的对称性。

与其他两个电路相比，该发生器的输出还增加了，因为输出与压电高音扬声器（SPKR1）阻抗非常接近。

使用电位计R10时，电路的输出可以在100 kHz左右调整到5 kHz以上。晶体管Q1像普通集电极电路一样连接起来，以保持567的输出距离，并驱动使用晶体管Q2和Q3创建的输出放大器电路。通过断开IC的引脚7连接并串联开关键，可以将电路更改为超声波连续变送器。

在这种情况下，您将需要某种形式的超声波接收器来收听信号;这正是我们将在下一个电路中讨论的内容。

4） 超声波接收器电路

这款可调谐 IC 567 超声波接收器可与所解释的

LM 567 超声波发射器配对，以获得最佳效果。

上图显示了使用具有频率调谐功能的567 PLL IC的超声波接收器电路。IC的可调谐振荡器电路与早期的发生器电路相同，处理完全相同的频率范围。LED 位于 IC 的第 8 针检测器引脚上，可快速指示检测到的信号。

晶体管Q1的位置是放大压电器件检测到的微小超声波信号，并将其转发到PLL上。

如何测试

要测试超声波工作，请打开IC 567超声波发生器电路，并将变送器压电陶瓷移动到整个区域。从最小设置开始，一点一点地微调 R5，直到您无法从扬声器听到任何声音。这应该将电路的输出频率固定在大约 16 和 20 kHz，具体取决于您的耳朵对高频的灵敏度。

现在，打开超声波接收器电路并将其压电换能器放置在距离发生器扬声器约12英寸的地方，尽管其目标方向完全相同。通过R5调整接收器，从最小频率点（对应于电位器的最大电阻范围）开始，一点一点地最大化频率，直到看到接收器的LED刚刚亮起。

如果您看到接收器没有响应发射器输出信号，请尝试将接收器的压电陶瓷准确地对准发生器的扬声器，并坚持不懈地执行此操作。一旦接收器检测到信号并且 LED 亮起，将两个 Tx/Rx 压电陶瓷移开至少十英尺，然后再次开始微调。

一旦您发现一切运行令人满意，您就可以使用发射器附加的电报键（引脚 7 可选）并检查接收器上的 LED 响应。

LED 必须通过以您使用电报键点击的点破折号样式闪烁来对此做出响应。这种超声波发生器/接收器套件的另一个应用可以是简单的防盗报警传感器。

在接收器 LM5 的引脚 8 和电池的正极上连接一个 567 V 继电器。将 Tx 和 Rx 压电陶瓷设备布置得相距约一英尺，并聚焦在同一路径内，但要避开任何附近的物体。

如果一个人靠近一对扬声器并靠近一对扬声器的前侧，超声波频率将被反射回来，触发接收器的继电器打开。继电器的输出触点可用于打开警报或警报器设备。

5） 高灵敏度超声波接收电路

最后的超声波接收器电路设计实际上是一个非常灵敏的超声波接收器，可以轻松拾取超声波频率范围内的几乎任何东西。你可以听昆虫、蝙蝠通讯、引擎等;该想法也可以与上述解释的超声波发生器结合使用，以开发高质量的超声波系统。

该设计采用直接转换原理。晶体管Q1和Q2可增强压电扬声器检测到的超声波信号。然后，Q2的集电极输出用于驱动JFET（Q3）输入，可以看到JFET输入像产品检测器电路一样连接在一起。

本概念中的PLL（U1）级类似于可调谐外差振荡器，其额外馈送JFET检波器电路的输入。入站超声波信号与外差振荡器的频率相结合，产生总和和差频率。

高频元件通过C3、R8和C6分量网络滤除。剩余的低频输出允许通过 LM386 音频放大器输入进入。扬声器或耳机可以连接到电路的音频输出。

6） 另一个超声波接收器电路，用于收听 20 kHz 范围以上的声音

我们耳朵的频率检测范围几乎不超过 13 kHz 频率。超声波探测器的功能是通过切换高频噪声的频率来打破这一限制，例如狗哨声、几乎听不见的气体泄漏、蝙蝠哔哔声和几种人工超声波声音，例如轻轻敲击报纸。

输入换能器检测到的“超声波”被增强并馈送到产品检测器。包括一个非稳态多谐振荡器，因为BFO稳定性可能没有太大意义。除了所需的信号差分外，该电路还自行生成BFO信号以及求和频率，然后将其端接在固定在4 kHz的低通滤波器内。

这里产生的信号再次被放大以操作一组耳机。该电路的工作电流约为 8 毫安，因此可轻松由 9 V 干电池供电。