室内智能加湿器设计设计

1、河南科技大学HENAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY学士学位论文论文题目.室.内.餐能.加.湿.器随着科学技术的发展，社会的不断进步，人们对生活质量的要求在不断提高。 无论是工业、农业、信息产业还是服务行业，它们都朝着智能化、人性化的方向 发展。以人为本的产品设计思路体现了极大的实际价值。四季更替，迈过了气候宜人的秋季，寒冷干燥的冬季向人们一步步走來。在 这个季节很多人容易皮肤干燥、嗓子干痛。身边迫切需要一台小型加湿设备。据 此，我们设计了集显示、检测、液位保护、声光报警、手动调节、基于微处理器 自动控制的室内智能加湿器。在生活中，我们随处可见使用加

2、湿器的场合。经调 查，在人们不断追求健康生活方式的今天，此实用新型的室内加湿器应有广泛的 市场前景，极易为家庭所接受，在技术水准上具有领先水平，在市场竞争中占有 绝对优势。工作原理：釆用电容三点式振荡电路驱动压电陶瓷超声换能器产生超声波， 基于超声波高频振荡原理，在需要进行雾化加湿时，将蒸镉水放入水杯中，水将 被超声波打碎，在水表面产生大量直径达微米级的颗粒一一水雾。这样便达到了 给空气加湿的功能。关键字超声波，加湿，智能，微处理器ABSTRACTWith the development of science and technology, and the progress of societ

3、y, People consequently improve their requirments of living conditionsNo matter what is in the industry, agriculture, information industry or service trades, they all develop in the direction of intelligence and humanlization.The idea of design which is man-oriented reflects much actual valueThe four

4、 seasons change When the autumn of pleasant weather went away, winter of a cold and arid climate comes Many people are easy to have the problems of dry skin and a sore throat in this season. We really need a small device which can use to increase air humidity According to this, we design a indoor an

5、d intelligent humidity increasing device which has the ability of displaying, detecting, length of liquid protection, giving an alarm with bell and lamp, manual regulating and automatic control based on microcontroller In our life, we can easily find out the chance of using this machine After some i

6、nvestigation, it has good market prospect and can be easily accepted by families , respecting the leading lever , in modern society which people are in pursuit of healthy living style more and more It has a prevalent market competition advantageWorking theory:If needed, the distilled water is put in

7、to cup .The water is smashed by the ultrasonic from the ultrasonic transducers below, which can atomize the water into very fine automized particles for oxygen moisteningKeywords:uItrosonic, moistening, intelligence, microprocesser第一章绪论1.1课题背景及意义四季更替，每当进入寒冷干燥的冬季，尤其是我国的北方城市由于风沙天气 较多，人们很容易皮肤干燥、嗓子干痛。此时

8、，身边需要一台小型室内加湿器改 善我们的生活环境。据了解人体健康湿度在40%60%之间，在此范围内，人体 生理、思维皆处于良好状态，工作休息也才会有较好的效果。适宜的湿度还可以 抑制病菌的滋生和传播，提高我们的免疫力。例如流感病毒喜干燥，绝对湿度对 流感病毒传播影响很大。环境湿度低于35%时，流感病毒的存活时间超过24小 时；环境湿度高于50%时，流感病菌的存活时间不超过10小时。因此，只要适 当提高环境湿度，将环境湿度控制在50%以上，就可以有效抑制病毒的存活，防 止病毒侵袭。我们设计的室内智能加湿器是超声波式加湿器。超声波加湿器是利用超声波 作为能源的设备。它由功率发生器产生高频电流经过安

9、装在水雾化缸底的压电陶 瓷换能片使其将高频电流转换为相同频率的声波，再由换能器产生的超声波通过 雾化缸的耦合作用，穿过雾化杯底部的可以穿过声源的透声薄膜，从而使超声波 直接作用于雾化杯中的蒸镉水中。超声波的振荡作用使水破碎为雾状微粒，实现 增加空气湿度的目的。事实上在生活中，我们随处可见使用加湿器的场合。在医院里我们会发现病 房内配有室内加湿器；作为给药设备是加湿器转为雾化器的乂一用途；在温室大 棚中智能加湿器能起到满足作物良好生长的湿度要求；在计算机机房里，由于十 分干燥也常常配有加湿器。除了上述基本功能外，一台小型的室内加湿器还有许 多妙用的地方。加入板蓝根冲剂或鱼腥草注射液或抗病毒口服液

10、，可有效预防流 行性感冒；在加湿器里加几滴醋，能起到杀菌的作用；在加湿器里加儿滴花露水 能缓解儿童鼻塞；在加湿器里加儿滴薰衣草精油能提高睡眠质量；居室加湿可以 让木质家具不变形；加湿器内加入淡盐水，可舒缓喉痛及慢性咽炎；切洋葱时打 开加湿器可以避免流眼泪；电脑旁边放一台加湿器可以消除静电。计算机科学技术，通信技术，控制技术的飞速发展，与人类健康息息相关领 域的产品也不可避免的被赋予了数字化理念。事实上，过往传统的室内加湿器设 计完全可以由模拟硬件电路单一实现，现在我们赋予室内加湿器数字化，智能化, 自动化。利用单片机，通过编写模糊控制算法，实现软控制。代替手动控制，实 现自动控制。室内智能加湿

11、器的工作原理是随着社会的不断发展，人们对个体生 命价值的认知不断提升，越來越多的家庭希望利用高科技手段保障身体健康，一 种设计合理，技术先进、经济、实用、可靠的室内智能加湿器将会受到社会的欢 迎。本文是基于室内智能加湿器项目的硬件设计部分实际研究和开发，并对其进 行了设计与实现。1.2国内外研究现状目前市场上己经可以看到许多加湿器的应用产品，性能也比以前问世之初增 强了许多。加湿器种类繁多，最常见的有超声波式加湿器、直接蒸发式加湿器、 电热式加湿器和离心式加湿器。由于这些产品的结构和加湿原理不同，参数定值 也有所不同。这次设计的是超声波式的智能加湿器。超声波使蒸饰水转化为张力波，从而 使水形成

12、微粒，可随气流行走，达到加湿的目的。超声波之所以在各个部门中有广泛的应用，主要之点还在于比声波具有强大 得多的功率，即超声波的能量传递特性。为什么有强大的功率呢？因为当声波到 达某一物质中时，由于声波的作用，使物质中的分子也跟着振动，振动的频率和 声波频率一样。分子振动的频率决定了分子振动的速度。频率越高，速度越大。 物质分子由于振动获得的能量除了与分子的质量有关外，还由分子振动的速度平 方决定。所以如果声波的频率越高，也就是物质分子越能得到更高的能量，超声 波的频率比声波高很多，超声波本身可以供给物质足够大的功率。超声波的声压特性。当声波通入物体时，由于声波振动使物质分子产生压缩 和稀疏的作

13、用，将使物质所受的压力产生变化。由于声波振动引起附加压力现象 叫声压作用。由于超声波所具有的能量很大，就有可能使物质分子产生显著的声 压作用。在通过一般强度的超声波时，产生的附加压力可以达到好儿个大气压力。 液体中存在着如此巨大的声压作用，就会引起值得注意的声压现象。当超声波振 动使液体分子压缩时，好像分子受到來自四面八方的压力；当超声波振动使液体 分子稀疏时，好像受到向外散开的拉力，对于液体，它比较受得住附加压力的作 用。所以在受到压缩力的时候，不大会产生反常情形。但是在拉力的作用下，液 体就会支持不了了，在拉力集中的地方，液体就会断裂开來。这种断裂作用特别 容易发生在液体中存在杂质或气泡的

14、地方，因为这些地方液体的强度特别低，也 就特别经受不起几倍于大气压力的拉力作用。由于发生断裂的结果，液体中会产 生许多气泡状的小空腔。这种空泡存在的时间很短，一瞬间就会闭合起來，空腔 闭合的时候会产生很大的瞬时压力。液体在这种强大瞬时压力下，温度会骤然升 高。国内外加湿器产品性能主要考虑以下儿点：(1)加湿量(2)加湿效率即加湿器实际加湿量和输入功率的比值(3)噪声(4)超声频率(5)连续工作时间(6)电源电压(7)功率(8)使用环境(9)水槽装水量(10)水雾化强度(11)水槽缺水保护(12)温度、湿度检测范围超声波式室内智能加湿器主要包含以下儿个部件:（1）单片机（2）温湿度传感器，液位传

15、感器（3）A/D转换，D/A转换芯片（4）LCD液晶显示屏（5）LED灯，蜂鸣器，按键，水槽（6）驱动放大集成芯片（7）继电器（8）超声波产生的驱动电路（9）超声波产生的电容三点式高频振荡电路（10）超声换能片1. 3本文的主要研究内容和组织结构13.1本文的主要研究内容本文是在参与的室内智能加湿器的项目上基础上，总结完善而整理出來的。 依据项目内容，论文主要包括以下三个方面的研究内容：（1）室内智能加湿器的整体结构设计与实现（2）室内智能加湿器的硬件模块设计与实现（3）硬件电路中高频振荡器的分析13.2本文的组织结构论文共分为五章，主要的内容概要如下：第一章阐述了本课题的背景和意义，简要的说

16、明了论文的研究内容，阐述 了论文的组织结构。第二章系统总体介绍，包括室内智能加湿器的整体功能结构，流程图，系 统主要的工作目标和参数目标。第三章对室内智能加湿器系统的硬件部分作详细的介绍，包括：系统主要 芯片选型；各个功能模块的设计与实现；对高频振荡器进行分析。第四章系统的调试与运行。第五章对所作的工作进行总结。第二章系统的总体设计2.1系统的总体功能结构整个室内智能加湿器的设计包括功能和流程两个部分，其功能结构图如图所 示：整个室内智能加湿器以单片机为核心，实现对内部功能的控制，实现对温度、 湿度、液位的检测，液晶屏的显示，液位保护，声光报警，高频振荡振幅的控制, 手动模式与自动模式的切换，

17、图2-1中各功能模块的作用阐述如下：图2-1室内智能加湿器的整体功能结构图温度检测：利用AHTU温湿度传感器检测环境实时温度。湿度检测：利用AHT11温湿度传感器检测环境实时湿度。是对影响设备输出量的 主要因素的检测。液位检测：利用BZ0504液位开关检测水槽实时液位。判断有水时输出0V,无水 时5V。单片机控制：我们标配的是STC89C52RC。作为核心部件，实现对内部功能的控 制。液晶显不：利用1602液晶显不模块。显不实时的温湿度。声光报警：当检测的液位低于安全值时，蜂鸣器响且LED灯闪亮，提醒用户给水 槽加水。液位保护：当液位低于安全值时，超声换能片工作易损坏。故此时控制电路输出 控制

18、信号，使驱动电路中的继电器动作，切断驱动电路。从而使后面的高频振荡 电路停止工作。M/A切换：手动模式与自动模式的切换。系统上电后工作在手动模式下，当需要 调节加湿量大小时，可以调节滑动变阻器以改变加湿量。当按下按键后，进入自 动模式，由编写的模糊控制算法实现自动控制。模糊控制信号：单片机输出的控制信号经数模转换后，通过与使振荡驱动电路中 的继电器动作相配合，控制晶体管导通或关断。从而控制高频振荡电路的工作通 断，实现加湿强度的自动变化。高频振荡电路的驱动电路：通过该驱动电路，经过晶体管的两级放大，得到电容 三点式高频振荡电路的偏置电流信号。电容三点式高频振荡电路：产生高频振荡电流信号，经过超

19、声换能片，得到相同 频率的超声波信号。高频振荡器是室内加湿器设计的核心部分。散热：由于振荡电路中的大功率晶体管BU406及超声波换能片均会变热而影响产 品长期的工作性能，故需散热。2. 2系统的整体功能流程图图2-2室内智能加湿器的整体功能流程图流程中工作模式是由用户根据实际需要确定选择自动模式还是手动模式。 整个流程从上电复位开始，然后对各芯片进行初始化程序。紧接着对设备的工作 状态进行检测。调用显示处理子程序显示实时的温度和湿度值。不断扫描液位标 志看是否缺水，从而相应动作。再扫描M/A按键是否被按下，转入相应的处理中, 最后回到主程序开始处，重新循环。2. 3控制系统的需求分析2.3.1

20、系统主要实现的工作目标实现目标：设计操作简便，界面直观，实时检测，能精确完成各项控制功能 的控制系统。超声波式室内智能加湿器控制系统的任务主要包括：1.7MHZ的高频振荡器 的实现，液晶屏显示，声光报警，液位保护，手动模式/自动模式切换，自动模 式中的模糊控制算法的实现。整个加湿器以单片机为核心，实现对各类变量的检测，及对影响湿度因素检 测后，进行综合分析，实现对内部功能的控制。2.3.2系统主要设计的参数目标由于该加湿器的功能和控制对象较多，因而釆用以单片机为主的控制电路, 使控制系统设计简单而可靠。（1）主要技术指标1超声频率:1. 7MHZ正负10%2最大加湿量:=4ml/min3连续工

21、作时间： 二4小时4 电源电压：45VDC*1A+9VDC*1A5功率:36W6使用环境：温度范围：060C；相对湿度：20%、90%7水槽装水量:=150ml8水槽缺水保护:=100ml（2）产品功能及性能1加湿强度：手动模式下由滑动变阻器调节，自动模式下由模糊控制算法自动 调节。2缺水自动保护，并声光报警。3手动模式与自动模式可切换。4连续工作时间二5小时。5实时显示环境温度湿度值。6本产品电路工作稳定，电路比较简洁，元器件成本较低。7电路振荡器工作频率稳定在1. 7MHZ正负10%范围内。波形较完整，杂波少。第三章 室内智能加湿器的硬件设计与实现3.1概述本室内智能加湿器是一种新型的多用

22、途的超声波式加湿器。它集加湿、检测、 显示于一体，釆用微处理器进行自动控制。技术先进，操作简单，使用方便，安 全可靠。由于市电是通过开关电源转换降低到安全电压，再加上加湿振荡器与单 片机控制电路是分离设计的，所以不会有触电、漏电发生。嵌入式控制系统的硬件电路包含模拟和数字两个部分。数字电路部分以组成 单片机运行的基本电路为主，并配以液晶显示，控制接口电路等。而模拟电路部 分主要包括1. 7MHZ高频振荡电路的驱动部分，及电容三点式高频振荡电路的分 析与设计及信号检测部分。关键部件釆用了一定的保护措施，如缺水保护。实际上进一步设计成产品还 应加上风机等散热装置以保证其可靠的长期运行。加湿器能把蒸

23、馆水雾化为2 微米左右的颗粒，速度快，效果好。3. 2系统主要芯片选型及介绍嵌入式控制系统设计包含多个功能模块和接口，在系统设计之初要对各个部 分选择满足设计功能要求、性能稳定、性价比高的芯片。下面简要的介绍控制系 统中设计的主要芯片。（1）主控制芯片STC89C52RC选用的是MCS-51系列的单片机。STC89C52RC型号。顾名思义，这种 计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。一台能 够工作的计算机要有这样儿个部分组成：CPU （进行运算和控制）、RAM （数 据存储）、ROM （程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口）。 在个人计算机上这些部分被分成

24、若干块芯片，安装在一个称之为主板的印刷 线路板上。而在单片机中，这些部分，全部被做到一块集成电路芯片中了， 所以就称为单片机，而且有些单片机除了上述部分外，还集成了其他部分如 A/D转换，D/A转换等。图 3-1 STC89C52RC 引脚图STC89C52芯片共40引脚。18脚为通用I/O接口 P1.0P1.7, 9脚为 RST复位键，10脚为RXD串口输入，11脚为TXD串口输出，1219引脚为 I/O P3接口，(其中12、13引脚为INTO中断0, INT1中断1； 14, 15引脚 为计数脉冲TO、T1； 16、17引脚为WR写控制和RD读控制输出端；18、 19引脚为晶振谐振器)，

25、20引脚为地线，2128引脚为P2接口高8位地址总 线，29引脚为PSEN片外ROM选通端，单片机对片外ROM操作时，29引 脚输出低电平，30引脚为ALE.PROG地址锁存器，31引脚EA为ROM取指 令控制器,高电平片内取,低电平片外取,3239引脚为P0.7P0.0, 40引脚 为+5V电源。(2)液晶显示芯片SMC1602A LCM主要技术巻数:显示和：16X2个字将芯片工作电压：工齐电遽：0V）换朋隹工齐电压：5.0V字肓尺寸：2.95X4.35图3-2 1602主要技术参数接口信号说明;1VSS电酬9D2Om I/O2VTO电帝疋皈1ftD3Dtji I/O3VI騙显襁耐号11D4

26、Om I/O4RS（HA）12D5Om I/O5祈iJ/WK H/LDoOm I/O6E使那号14D7Om I/O1DODta I/O1SEUnun8D1Dta I/O16图3-31602接口信号说明81 g 8Pl.0iP3.5P3. 1P3.0VZ09L0WSDBODB7ER/YIRSVL8LXBLA图3-41602与单片机模拟口线方式（3）模数转换器：8位A/D芯片，TLC549CPTLC549芯片是TI公司生产的一种性价比非常高的8位A/D转换器，它以 8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换。其转换速度小于17微秒。它能方 便地采用三线串行接口方式与各种未处理器连接。1主要特性：1.

27、 8位分辨率A/D转换器，总不可调整误差W0.5LSB。2. 采用三线串行方式与微处理器接口。3. 片内提供4MHZ内部系统时钟，并与操作控制用的外部I/O CLOCK相 互独立。4. 有片内采样保持电路，转换时间W17us,包括存取与转换时间转换速 度达40000次/秒。5. 差分高阻抗基准电压输入，其范围是：1VW差分基准电压WVCC+0.2V6. 宽电源范围：3V-6. 5V,低功耗，当片选信号/CS为低，芯片选中处 于工作状态。2内部结构和引脚：TLC549芯片包含内部系统时钟、采样和保持电路、8位A/D转换电路、 输出数据寄存器以及控制逻辑电路，它采用/CS, I/O CLOCK和D

28、ATA0UT三根线 实现与微控制器MCU或微处理器CPU进行串行通讯。其中/CS, I/O CLOCK作为 输入控制，芯片选择端/CS低电平有效，当/CS高电平时I/O CLOCK输入被禁止, 且DATAOUT输出为高阻态。REF 十一18ANALOG TN2TLC5497I/O CLOCK36DATA OUTCND45/CS图3-6 TLC549引脚排列图(4) DA 转换芯片： TLC5616CP目前，数模转换器从接口上可分为两大类：并行接口数模转换器和串行 接口数模转换器。并行接口数模转换器的引脚多，体积大，占用单片机的口线多; 而串行数模转换器的体积小，占用单片机的口线少，为减少线路板

29、的面积和占用 单片机的口线，可釆用TLC5615串行数模转换器产生可变基准电压。TLC5615为 美国徳州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出 为电压型，最大输出电压是基准电压的两倍。带有上电复位功能。TLC5615的特点：1. 10位CMOS电压输出；2. 5V单电源供电；3. 与CPU三线串行接口；4. 最大输出电压可达基准电压的两倍；5. 输出电压具有和基准电压相同的极性；6. 建立时间12. 5us；7. 内部上电复位；8. 最大仅1. 75mwoDORP PACKAGE(TOP VIEW)DIN hu8|VddSCLK27OUTcs3REFINdout5I

30、AGND图3-7 TLC5615引脚排列图TLC5615引脚说明:TLC5615有小型和塑料DIP封装，DIP封装的TLC5615 芯片引脚排列如图。引脚功能说明如下：脚1DIN：串行数据输入端；脚2SCLK： 串行时钟输入端；脚3CS：芯片选用通端，低电平有效；脚4D0UT：用于级联时 串行数据输出端；脚5AGND：模拟地；脚6REFIN：基准电压输入。(5) ULN2003基本资料ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管， 可用來驱动继电器。它是双列16脚，NPN晶体管矩阵，最大驱动电压50V,电流 500MA,输入电压5V,适用于TTL, CMOS,由达林顿管组成

31、驱动电路。它的输出 端允许通过电流为200MA,饱和压降CVE为IV左右，耐压BVCEO约为36V,用户 输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器, 也可直接驱动低压电灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合 适。同时COM引脚应该悬空或接电源。ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大 为350MA。在设计中我们可以用ULN2003來驱动继电器，蜂鸣器。23678图3-8ULN2003的引脚电路(6) AHT11电阻式温湿度传感器 电气参数：1. 供电电压：DC 4. 56V2. 耗电电流：

32、2niA(MAX 3mA)3. 使用温度范围4. 使用湿度范围5. 湿度检测范围6. 保存温度范围7. 保存湿度范围8. 湿度检测精度0-60 C95%RH以下20 90%RH0-60 C80%RH以下5%RH9.标准湿度输出电压：相对湿度(%RH) 20 30 40 50 60 70 80 90 输出电压(V ) 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2. 1 2. 4 2.7(7) BZ0504电子液位计电气参数：1. 工作电压：5V,正负10%2. 功耗：1W3. 防护等级:IP684. 温度：-20-60 C5. 寿命：10万次6. 输出：高压电平信号7. 电缆导线长度：常规配3米电

33、缆线8. 适用压力:0. 8MPA9. 产品内部材料：进口环保树脂10. 外壳材料：不导电的塑料特点：红蓝两条线接DC5V,另一条白线输出高低电平信号，5V或0V, 判断有水时输出0V,无水时输出5V,可驱动LED灯或蜂鸣器。(8) 超声换能器换能器是可以把一种形式的能量转换为另一种形式能量的器件。我们所 涉及到的换能器就是那种能将电能与超声能转换的器件。而本机采用的是压电换 能器。它是采用那些能够呈现出压电效应的材料制成的。压电效应天然的存在于 某些具有极轴的单晶体中，如石英、电气石、硫酸盐、氧化锌等。应釆用25 XI. 2mm/1. 7MHZ高强度压电陶瓷材料的成品超声换能器，表 面应镀金

34、或镀不锈钢以防锈。(9) 大功率管BU406采用意大利SGS或者美国仙童产品BU406大功率高频三极管，BU406的 参数为 Vbeo=400V, Icm=7A, Pcm二60W, fTlOOMHz,工作温度范围-55C150C。3. 3控制电路部分/ /SB1.图39单片机控制及其外I韦I电路3.3.1控制电路电源输入基于开发板的硬件设计，在控制电路部分，可以通过USB供电，供电电 流小于500niA；若利用外接电源口时，应注意电源极性和电压参数，电压范围 在7.5V12V供电。若利用外接电源口，则电路为：POWERJ+CI6POWER7M51电源输入RR IK2W-LK.图3-10电源输入

35、图3-10中POWER端接入7.512V直流电源。单片机的稳压电源采用 7805稳压芯片。当按下电源开关KP,单片机获得5V直流电源。故开关电源选 用成品件。选用开关电源主要由于它具有体积小、重量轻及效率高。超声雾化换 能器要求驱动电压为36V,电流约0.65A，单片机和其他电路的电源为9V,所 以技术要求为：输入220VAC；输出36VDCX1A+9VX0.5A。33.2控制电路单片机最小系统图3-11为单片机最小系统，包含一个STC89C52RC单片机，两个20 引脚的接口排座，P0 口、P1 口、P3 口各配有上拉排阻。配备两个接口排座使硬 件设计通用性更强，可以灵活的用外部接线。1 2

36、 J d 1,则电路将产生自激振 荡。振荡频率除了决定于电路中的电阻和电容外，还决定于晶体管的极间电容、 电路的分布电容等人们不能确定的因素。图3-21所示的带通滤波器中同向比例运算电路的比例系数Auf、电路 的品质因素Q、中心频率fO、f=fO时通带放大倍数Aup、截止频率fpl与fp2 分别为 Auf=Uo/Ui=l+Rf/R4, Q=l/3-Auf, f0=l/2 JIRC, Aup=Auf/3-Auf o 从上表达 式可以看出，当R4减小时，Auf增大，Q增大，Aup必将随之增大；而且fpl与 fp2之差减小，即频带变窄，选频特性好。可以想象当Auf趋近于3时，Aup将 趋近于无穷大，

37、表明电路即使在无输入的情况下，也会有频率为fO的输出电压, 即电路产生了自激振荡。因为电路仅对频率为fO的信号有无穷大的放大倍数， 而对其他频率的信号迅速衰减，所以输出电压为正弦波。输出电压是靠电阻R3 反馈回來的信号取代输入信号。可见带通滤波器在参数取值合适时可以变换成正 弦波振荡电路，而且振荡频率为fOo与负反馈放大电路中的自激振荡不同，正 弦波振荡电路的振荡频率是认为确定的。可见，在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，而若要 如此，电路中必须引入正反馈；二要有外加的选频网络，用于确定振荡频率。通常，可将正弦波振荡电路分解为图3-22所示方框图，上一个方框为 放大电路，下一个方

38、框为反馈网络，反馈极性为正。当输入量为零时，反馈量等 于净输入量，若由于电扰动，电路产生一个幅值很小的输出量，它含有丰富的频 率，而如果电路只对频率为fO的正弦波产生正反馈过程，则输出信号为XOf- Xf t (Xi t ) -Xo t t o图3-23正弦波振荡电路方框图在正反馈过程中，X。越來越大。由于晶体管的非线性特性，当X。的 幅值增大到一定程度时，放大倍数的幅值将减小。因此X。不会无限制地增大， 当X。增大到一定数值时，电路达到动态平衡。这时输出量通过反馈网络产生反 馈量作为放大电路的输入量，而输入量乂通过放大电路维持着输出量。写成表达 式为：Xo=AFXo也就是正弦波振荡的平衡条件

39、为|AF|=1, OA+OF=2nJIo为了使 输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平衡在一定幅值的过程，电路的起振条 件为|AF|1电路把除频率f=fO以外的输出量均逐渐衰减为零，因此输出量为 f=fO的正弦波。从以上分析可知，正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成：（1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获 得一定幅值的输出量，实现能量的控制。（2）选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡。（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。在不少实用电路中，常将选频网络和正反馈网络合二

40、而一；而且，对于分立元件放大电路，也不再加稳幅环节，而依靠晶体管特性的非线性來起稳幅 作用。正弦波振荡电路常用选频网络所用元件來命名，分为RC正弦波振荡电路 、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。我们要求超声频率是1.7MHz 左右，而LC正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上。从理论上讲，任何满足 放大倍数要求的放大电路与选频网络都可以组成正弦波振荡电路；但是，实际上 所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放 大电路对选频特性的影响。因此通常选用引入电压串联负反馈的放大电路，如同 相比例运算电路。3.4.2正弦波振荡器振荡器是不需外信号激励、自身将直流电转换为交流电能的装置。凡是 可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。但是由电子管、晶体管等器件与L、 C、R等元件组成的振荡器则完全取代了以往所有产生振荡的方法，因为它有如 下优点：1）它将直流电转变为交流电能，而本身静止不动，不需做机械转动或移动。2）它产生的是“等幅振荡”。3）使用方便，灵活性大，它的功率可自毫瓦级至几百千瓦，工作频率可自极低 频率至微波波段。正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。 反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反