Ultraschallgenerator

[novindbn]

Ich möchte einen Ultraschallgenerator mit hoher Leistung bauen, genaug. mit bestmöglicher Ausnutzung einer 9V-Batterie für Impulsbetrieb.

Was ich nicht klären konnte:

a) Kann ein Piezo-LS verwendet werden?
b) Welcher LS sollte verwendet werden, damit die Klänge gerichtet werden können? Sodaß nur Sensor1 die Nachrichten empfängt, nicht aber Sensor2 20 cm daneben.
c) Wie kann eine Schaltung aussehen, die einen entsprechenden LS antreibt?

Danke im Voraus für hilfreiche Antworten.

PS: Da ich Retrofan bin, sollte das System ohne einen Microcontroller auskommen.

[Besserwessi]

Viele Piezo Lautsprechern gehen auch in den Ultraschallbereich. Es gibt aber oft Resonanzen und die Abstrahlung ist nicht bei jeder Frequenz gleich.

Für eine gute richtwirkung muß der "Lautsprechern" relativ groß sein (im Vergleich zur Wellenlänge). Die Trennung verschiedener Kanäle wäre wohl besser über verschiedenen Frequenzen.

Wie man so einen Piezo/lautsprecher treibt hängt von der größe ab. Wenns wirklich "Retro" sein soll, dann wohl als LC Oszillator wobei der Piezo das "C" ist. Sonst geht oft ein NE555 mit einem Wiederstand in Reihe zum Piezo.

[novindbn]

Ich habe angehängte Schaltung konstruiert und realisiert. Der OpV ist ein 072CP.

Ich habe mich für einen RC-Oszillator entschieden und so sollte er mit ca 23 kHz schwingen. Das Ergebnis ist aber gut hörbar, siehe Audiodatei.

Woran kann es liegen?

[Besserwessi]

Der oszillaotr ist eine normale Wien-Brücke. Allerdings sollte R5 etwa kleiner sein (ca. 180 K) damit man auch den interessanten Verstärlungsbereich (3 fach) mit im Einstellbereich hat. Bei der Frequenz komme ich auch auf 23 kHz.

Ein Problem könnte die Versorgungsspannung sein, der TL072 braucht wenigstens 8 V. Das andere Problem könnte sein, die kapazitove Last für den OP zu groß ist. Die US Wandler haben oft über 1 nF, und das ist schon zu viel für den OP.

Bei einigen Ultraschallwandlern kann es passieren das auch Resonanzen im Höhrbaren Bereich mit angeregt werden. Muss irgndwas nicht lineares oder ein klapper sein. Ein Wenig Signal im Höhrbereich kreigt man auch durch das ein/ausschalten.

[novindbn]

Anmerkungen:

a) Es ist ein normaler Piezo, kein Ultraschallp.
b) Der TL072 braucht u.U. eine neg. Vsp.. Könnte die Spannung daher nicht ganz auf Null ziehen.
c) Der Verstärkungsbereich sollte sich nicht auf die Frequenz auswirken
d) 9V > 8V. Wo siehst du hier ein Problem?
e) Welcher OpV funktioniert außerdem? Auf Lager habe ich viele 741 sowie einen LM393
f) Würde ein nachgeschalteter Transistor das Problem lösen? Kette: Pin3 -> R -> Transistor -> (Widerstand & + 9V) bzw. (+ LS).
g) Der hörbare Bereich muß eleminiert werden, wie kann das erreicht werden?

Das Ziel ist grundsätzlich maximale Amplitude.

PS: Im Audiofile erkenne ich eine Wiederholung von 500Hz. Ideen, was das bedeutet?

[Besserwessi]

Der 741 ist da noch schlechter geeignet. Der Lm393 ist so weit ich weis ein komperator.

Die 9 V sollte gerade so gehen, hatte ich aber übersehen. Der + Eingang wird allerdings auf GND Pegel gezogen, da verläßt man den Gleichtaktbereich am Eingang. Das könnte das Problem sein. Da braicht man statt GND die halbe Versorgungsspannung. Dazu könnte man den 2ten OP nutzen, oder man Teilt dem Widerand auf in einen nach GND und einen nach Vcc. Beim Poti könnte man gut einen Elko in Reihe schalten.

Die peizos haben ziehlich viel Kapazität, oft so um die 10 nF, das ist definitiv zu viel für den OP Ausgang. Ein Widerstand ein Reihe wäre eine ertse Abhilfe. Die Leistung sollte ohnehin durch den Strom begrenz sein.

Für mehr Leistung (Strom) könnte man den 2 ten OP nutzen. Erst mal sollte die Schaltung aber so gehen.

Der Verstärkungsbereich hat wirklich nur einen minimalen Einfluß auf die Frequenz.


Eine alternative wäre es den Oszillator gleich als LC oszillator mit einem Transistor aufzubauen. Der Piezo kann die Frequenz dann noch zusätzlich in Richtungen einer Resonanz ziehen und man kriegt mehr Amplitude. Man braucht da aber eine Induktivität (ca. 1-10 mH je nach Piezo).

[novindbn]

Zeichne bitte hier (http://www.scriblink.com/index.jsp?act=phome&ld=1&rid=5117&cid=6745) ein, was du meinst, und vergesse nicht, Save zu drücken und den Link aus der Mail hier reinzustellen, damit ich deine Zeichnung sehen kann.

Einfach gehts nicht, ansonsten ist deine Antwort nutzlos, da ich sie nicht verstehe.

[novindbn]

Versteht irgendjemand, was Besserwessi meint?

[Netzman]

Such zb. mal nach einem Clapp-Oszillator.

mfg

[novindbn]

Gefällt mir. Funktioniert http://www.s-westerhold.com/index.php?page=http://www.s-westerhold.com/clapp_oscillator.php auch mit 9V? Wird Artikel-Nr.: 182273 - 62 vom Conrad damit funktionieren, wenn ich für (±1) 41 kHz dimensioniere?

[Netzman]

Sollte keine Probleme geben.

mfg

[PICture]

Hallo!

@ novindbn

Der Clappgenerator ist eigentlich für HF vorgesehen und ich würde bei deinem Schaltplan mit Wien-Brücke bleiben nur die Frequenzbestimmende Bauteile für 40 kHz ändern (laut Besserwessi ca. halbieren).

Enscheidend ist hauptsächlich die Amplitude der Spannung auf dem US Lautsprecher, die unabhängig vom Generatortyp ist. Ein Generator mit Wien-Brücke lässt sich auch mit einem Transistor aufbauen und sein Vorteil ist, dass er keine Induktivität braucht.

Mit 9V Batterie kannst du lediglich die volle Leistung des Lautsprechers nicht nutzen, weil dafür ca. 28 Vss nötig sind also z.B. min. +/- 15V Versorgungsspanningen für den Verstärker mit OpAmp.

Bei 9V kannst Du nur mit ca. 1/9 der Leistung also viel kleinerer Reichweite rechnen. Um den Generator nicht zu belasten und die Spannung auf dem US Lautsprecher zu erhöhen würde ich dazwischen einen Verstärker mit Op Amp anwenden. Den US Lautsprecher mit 2400 pF kann man direkt mit dem Ausgang des OpAmps verbinden.

Man könnte auch die Ausgangsspannung des Generators z.B. mit einem Transistor und einem Trafo erhöhen. Die Impedanz des US Lautsprechers ist bei 40 kHz um 1,5 k. Wenn die Frequenz nicht sehr stabil seien muss, könnte man die ganze Schaltung für 9 V mit einem Trafo und einem Transistor als Meissneroszillator realisieren.

MfG

[Besserwessi]

Die meisten Operationsverstärker mögen keine Kapazitiven Lasten von mehr als 1 nF. Die Datenblätter vom TL072 geben da zwar nichts an, aber als Last werden da nur 100 pF erwähnt. Ein Serienwiderstand von etwa 100 Ohm sollte wohl nicht schaden.

Die Schaltung mit dem LC Schwingkreis hat im Prinzip einen besserwen Wirkungsgrad. Der Abgleich der Frequenz ist aber schwierig.

[novindbn]

Bilder sagen mehr als 1000 Worte, aber wenn du gerne sinnlos schreibst, Besserwessi, mach woanders weiter.