微型聲頻定向換能器電學特性分析與驅動電路設計.pdf

1、聲頻定向系統(tǒng)是一種新型音頻設備，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用于便攜式移動多媒體設備中的微型聲頻定向系統(tǒng)，旨在分析其關鍵組成部分——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參數(shù)。根據(jù)換能器電學特性分析結果，設計并制作一款高效率、低失真的驅動電路。
　　

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)結構的設計方案。采用能量等效的方法，推導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)以及換能器結構參數(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，當換能器陣工作于諧振頻率以及反諧振頻率時，它的等效導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

3、納，對比實測數(shù)據(jù)與等效電路分析結果，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化為聲功率，設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，所以要求設計的電路應具有驅動較大容性負載的能力。
　　 為檢驗微型聲頻換能器驅動電路的性能，搭建硬件