微型聲頻定向換能器電學(xué)特性分析與驅(qū)動電路設(shè)計.pdf

1、聲頻定向系統(tǒng)是一種新型音頻設(shè)備，它能夠利用超聲波在空氣中的非線性交互作用而產(chǎn)生高指向性的可聽聲。本文的研究對象是應(yīng)用于便攜式移動多媒體設(shè)備中的微型聲頻定向系統(tǒng)，旨在分析其關(guān)鍵組成部分——壓電超聲換能器(piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer,pMUT)的機電等效特性，確定其等效電路中元件的電學(xué)參數(shù)。根據(jù)換能器電學(xué)特性分析結(jié)果，設(shè)計并制作一款高效率、低失真的驅(qū)動電路。
　　

2、 從聲頻定向系統(tǒng)工作原理入手，分析聲波指向性原理以及超聲非線性交互作用理論，提出微型聲頻定向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。采用能量等效的方法，推導(dǎo)出壓電超聲換能器單元的等效電路模型。通過引入換能器的有效機電耦合系數(shù)、壓電陶瓷的電彈常數(shù)以及換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定等效電路中各電氣元件數(shù)值。將所有換能器單元的等效電路并聯(lián)起來得到換能器陣的等效電路，當(dāng)換能器陣工作于諧振頻率以及反諧振頻率時，它的等效導(dǎo)納分別達到極大值和極小值。利用阻抗分析儀測試換能器陣的導(dǎo)

3、納，對比實測數(shù)據(jù)與等效電路分析結(jié)果，驗證換能器機電等效模型的正確性。為確保換能器陣具有足夠的電功率轉(zhuǎn)化為聲功率，設(shè)計了一種由功率放大電路、帶通濾波電路以及阻抗匹配電路組成的驅(qū)動電路。確保將純凈的帶有音頻信號信息的超聲信號功率放大，驅(qū)動換能器陣振動發(fā)聲，減少由換能器陣等效電路中容抗成分產(chǎn)生的無用功。因為換能器陣工作過程中呈現(xiàn)電容性，所以要求設(shè)計的電路應(yīng)具有驅(qū)動較大容性負載的能力。
　　 為檢驗微型聲頻換能器驅(qū)動電路的性能，搭建硬件