這篇文章討論了6個非常有用但簡單的超聲波發(fā)射器和接收器電路項目，可用于許多關(guān)鍵應(yīng)用，例如超聲波遙控器，防盜報警器，電子門鎖，以及收聽通常人耳聽不到的超聲波范圍內(nèi)的頻率。

許多商用超聲波設(shè)備以預(yù)定頻率工作，并利用在特定頻率下達到峰值或共振的換能器。大多數(shù)此類傳感器的帶寬和價格有限，導(dǎo)致它們不適合愛好和DIY實現(xiàn)。

但事實上，這不是問題，因為幾乎任何壓電揚聲器都可以像超聲波換能器一樣應(yīng)用于兩者，以發(fā)射器輸出設(shè)備和接收器傳感器的形式。

雖然壓電揚聲器的效率無法與專門的工業(yè)換能器的效率相提并論，但作為一種愛好和有趣的項目，這些可以完美地工作。我們在下面解釋的電路中使用的設(shè)備是一個 33/4 英寸壓電高音揚聲器，可從大多數(shù)在線商店購買。

1） 最簡單的超聲波發(fā)生器

圖1 這種簡單的超聲波

發(fā)生器可以毫不費力

地快速構(gòu)建。

我們的第一個電路，如上圖所示，是一個超聲波發(fā)生器，它在可調(diào)頻率非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路中使用了著名的555 IC定時器。該設(shè)計輸出方波信號，與R2配合使用，可在12 kHz至50 kHz以上的頻率范圍內(nèi)進行調(diào)諧。

通過改變電容器C1的值，可以輕松調(diào)整該頻率范圍;使用較低的值將導(dǎo)致范圍變高，而較大的值將使范圍變小。

2） 具有固定50%占空比的超聲波發(fā)生器

下一個超聲波發(fā)生器，如上圖所示。如圖2所示，利用6個緩沖門的單獨4049 CMOS反相緩沖IC。

可以看到幾個緩沖器U1a和U1b連接到具有50%占空比方波輸出的變頻非穩(wěn)態(tài)振蕩器電路中。

其余的4個緩沖器全部并聯(lián)連接，以增強所連接壓電陶瓷元件的輸出。這種更好的超聲波發(fā)生器的頻率范圍與以前的IC 555版本大致相似。然而，這種設(shè)計的主要優(yōu)點是其在整個頻率范圍內(nèi)具有50%的精確占空比。

也就是說，通過降低電容器C1值可以提高頻率范圍，而使用更高的C1值可以降低頻率。100k電位計與電阻R3一起固定輸出頻率。

3） 鎖相環(huán)超聲波發(fā)生器

LM567鎖相環(huán)（PLL）IC用于產(chǎn)生超聲波頻率，如上圖3所示。該電路提供了許多比前兩個超聲波概念更好的功能。

首先，IC 567的內(nèi)置振蕩器被開發(fā)用于在1 Hz以下和高達500 kHz的超大頻譜中工作。發(fā)生器的輸出波形（引腳 5）在其整個性能范圍內(nèi)表現(xiàn)出出色的對稱性。

與其他兩個電路相比，該發(fā)生器的輸出還增加了，因為輸出與壓電高音揚聲器（SPKR1）阻抗非常接近。

使用電位計R10時，電路的輸出可以在100 kHz左右調(diào)整到5 kHz以上。晶體管Q1像普通集電極電路一樣連接起來，以保持567的輸出距離，并驅(qū)動使用晶體管Q2和Q3創(chuàng)建的輸出放大器電路。通過斷開IC的引腳7連接并串聯(lián)開關(guān)鍵，可以將電路更改為超聲波連續(xù)變送器。

在這種情況下，您將需要某種形式的超聲波接收器來收聽信號;這正是我們將在下一個電路中討論的內(nèi)容。

4） 超聲波接收器電路

這款可調(diào)諧 IC 567 超聲波接收器可與所解釋的

LM 567 超聲波發(fā)射器配對，以獲得最佳效果。

上圖顯示了使用具有頻率調(diào)諧功能的567 PLL IC的超聲波接收器電路。IC的可調(diào)諧振蕩器電路與早期的發(fā)生器電路相同，處理完全相同的頻率范圍。LED 位于 IC 的第 8 針檢測器引腳上，可快速指示檢測到的信號。

晶體管Q1的位置是放大壓電器件檢測到的微小超聲波信號，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到PLL上。

如何測試

要測試超聲波工作，請打開IC 567超聲波發(fā)生器電路，并將變送器壓電陶瓷移動到整個區(qū)域。從最小設(shè)置開始，一點一點地微調(diào) R5，直到您無法從揚聲器聽到任何聲音。這應(yīng)該將電路的輸出頻率固定在大約 16 和 20 kHz，具體取決于您的耳朵對高頻的靈敏度。

現(xiàn)在，打開超聲波接收器電路并將其壓電換能器放置在距離發(fā)生器揚聲器約12英寸的地方，盡管其目標(biāo)方向完全相同。通過R5調(diào)整接收器，從最小頻率點（對應(yīng)于電位器的最大電阻范圍）開始，一點一點地最大化頻率，直到看到接收器的LED剛剛亮起。

如果您看到接收器沒有響應(yīng)發(fā)射器輸出信號，請嘗試將接收器的壓電陶瓷準(zhǔn)確地對準(zhǔn)發(fā)生器的揚聲器，并堅持不懈地執(zhí)行此操作。一旦接收器檢測到信號并且 LED 亮起，將兩個 Tx/Rx 壓電陶瓷移開至少十英尺，然后再次開始微調(diào)。

一旦您發(fā)現(xiàn)一切運行令人滿意，您就可以使用發(fā)射器附加的電報鍵（引腳 7 可選）并檢查接收器上的 LED 響應(yīng)。

LED 必須通過以您使用電報鍵點擊的點破折號樣式閃爍來對此做出響應(yīng)。這種超聲波發(fā)生器/接收器套件的另一個應(yīng)用可以是簡單的防盜報警傳感器。

在接收器 LM5 的引腳 8 和電池的正極上連接一個 567 V 繼電器。將 Tx 和 Rx 壓電陶瓷設(shè)備布置得相距約一英尺，并聚焦在同一路徑內(nèi)，但要避開任何附近的物體。

如果一個人靠近一對揚聲器并靠近一對揚聲器的前側(cè)，超聲波頻率將被反射回來，觸發(fā)接收器的繼電器打開。繼電器的輸出觸點可用于打開警報或警報器設(shè)備。

5） 高靈敏度超聲波接收電路

最后的超聲波接收器電路設(shè)計實際上是一個非常靈敏的超聲波接收器，可以輕松拾取超聲波頻率范圍內(nèi)的幾乎任何東西。你可以聽昆蟲、蝙蝠通訊、引擎等;該想法也可以與上述解釋的超聲波發(fā)生器結(jié)合使用，以開發(fā)高質(zhì)量的超聲波系統(tǒng)。

該設(shè)計采用直接轉(zhuǎn)換原理。晶體管Q1和Q2可增強壓電揚聲器檢測到的超聲波信號。然后，Q2的集電極輸出用于驅(qū)動JFET（Q3）輸入，可以看到JFET輸入像產(chǎn)品檢測器電路一樣連接在一起。

本概念中的PLL（U1）級類似于可調(diào)諧外差振蕩器，其額外饋送JFET檢波器電路的輸入。入站超聲波信號與外差振蕩器的頻率相結(jié)合，產(chǎn)生總和和差頻率。

高頻元件通過C3、R8和C6分量網(wǎng)絡(luò)濾除。剩余的低頻輸出允許通過 LM386 音頻放大器輸入進入。揚聲器或耳機可以連接到電路的音頻輸出。

6） 另一個超聲波接收器電路，用于收聽 20 kHz 范圍以上的聲音

我們耳朵的頻率檢測范圍幾乎不超過 13 kHz 頻率。超聲波探測器的功能是通過切換高頻噪聲的頻率來打破這一限制，例如狗哨聲、幾乎聽不見的氣體泄漏、蝙蝠嗶嗶聲和幾種人工超聲波聲音，例如輕輕敲擊報紙。

輸入換能器檢測到的“超聲波”被增強并饋送到產(chǎn)品檢測器。包括一個非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，因為BFO穩(wěn)定性可能沒有太大意義。除了所需的信號差分外，該電路還自行生成BFO信號以及求和頻率，然后將其端接在固定在4 kHz的低通濾波器內(nèi)。

這里產(chǎn)生的信號再次被放大以操作一組耳機。該電路的工作電流約為 8 毫安，因此可輕松由 9 V 干電池供電。