ＦＵＴＵＲＥやさしい超音波回路 NIPPON FUTURE Co.,LTD 超音波振動子について  最近では共振周波数が数百ＫＨｚの圧電型の振動子をスタックにし、それを共振ブロックでサンドイッチ状にしてボルトで締め付けたボルト締めランジュバン振動子が多く使用される為、これについては後で詳しく述べたいと思います。  超音波振動子にはニッケル、フェライト等にコイルを巻きその磁界で歪みを発生する、磁歪型と水晶振動子やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等でお馴染みの電界で歪みを発生させる圧電型（電歪型）の振動子があります。磁歪型振動子の原理ニッケル振動子フェライト振動子分極を一定方向に揃える為直流で偏倚磁場を与えるＮＳ高周波電流を流すと歪みが発生する分極を一定方向に揃える為磁石で偏倚磁場を与える圧電型振動子の原理００＋ − 電界を加える事により一定方向に配列されるボルト締めランジュバン振動子一枚で数百KHｚの素子を偶数枚重ねて金属BLOC で挟んでボルトで締め付け共振周波数を下げる。超音波回路の発振方式について  超音波発振回路では通常使われる発振方式として、自励発振型、他励発振型、振動帰還型の三つに大別出来ます。  これらの欠点を補う方式 ＰＬＬ（フェイズロックループ）方式 Ａｔｈｍｏｓ（アトモス）方式 ☆ これらの発振回路について超音波溶着.ＰＰＴでも触れているのでご参照ください。振動帰還方式 PU方式 FB 位相器、フィルターブリッジ方式 FB 検出部整合部増幅器アドミッタンスループについて freq 負荷時 Ym Yd 0 f0 無負荷時 Yf  Yd  Ym Yf 無負荷時は電流帰還でも発振可能だが負荷時はブリッジ回路が必要モーショナルブリッジ回路について制動周波数時にバランスをとるＲ分は無視出来る振動子 Yf  Yd  Ym Yd p 入力検出 pZ Z 低インピーダンス p  1 通常は高インピーダンスにするブリッジとLC整合回路の組合せでブリッジの比例辺を低インピーダンスに出来る比較的大きな検出信号が取り出せる為1段増幅が可能であるマッチング回路の動作について  マッチング回路は定振幅制御と力率補正、高調波成分の電流カットの３つの重要な役割を果たしている。  圧電型振動子では定振幅制御は不可欠である。  負荷変動により絶えず力率が変動する超音波振動子では、力率補正は不可欠である。  矩形波駆動の為ＢＬＴの容量分に流れる高調波をカットする  マッチング回路の動作説明に入る前に抵抗、コンデンサコイル、のおさらいをしましよう。  またコンデンサとコイルを組み合わせた共振回路について述べ、振動子と共振回路とを対比して動作説明をしたいと思います。周波数に対する抵抗の動作抵抗は周波数を変えても電流は一定であり、また電圧と電流の位相もいつも一致している“ 0度”である +90 電流 i 発振機 R  const -90 周波数 freq 高周波電流計 i e i R 抵抗 0 e i R 高周波電圧計 e  const （一定）周波数に対するコンデンサの動作コンデンサは周波数を上げて行くと電流は増加する位相は“ ９０度”進む位相の変化 +90 1 1   C 2 f C 0 i e i Z -90 freq i 発振機 e i コンデンサ Z 高周波電流計高周波電圧計（一定にする）周波数に対するコイルの動作コイルは周波数を上げて行くと電流は減少する位相は90度遅れる +90 Z   L  2 f L -90 i 発振機 e i Z i e 位相の変化 freq 高周波電圧計（一定にする）コイル 0 i 高周波電流計コンデンサとコイルをつなぐと? コンデンサとコイルをつなぎ、周波数を変えた場合電流はどうなるでしょうか? 1 2 f C i 高周波電流計 i 発振機 f0 freq e i 高周波電圧計（一定にする）コンデンサコイル 2 f L  コンデンサとコイルをつないだ場合１+１=2ではない。発振機 Z1 e1 Z2 e2 e e  e1  e2 Ｚ1 Ｚ２が抵抗同士コンデンサ同士コイル同士の場合は左下の式が成り立つが異種部品では全く違ってくるコンデンサとコイルをつなぐと? f1 i f2 0 発振機 i e i i -90 freq 高周波電圧計（一定にする）コンデンサコイルコンデンサの赤線とコイルの青線の交点の周波数で共振現象が起こり大電流が流れ、それぞれの端子に高電圧が発生する f0 高周波電流計 +90 電流の変化と位相の変化の軌跡 f1 +90 尖鋭度をＱで表す freq f0 f0 Q  f f 2  f1 i 0  f0 これをアドミッタンスループと云う -90 f2 振動子をつないだ場合の電流は振動子の共振周波数付近で共振電流が流れ電流値が最大になりそれより少し上で最小になる（反共振点） f0 高周波電流計 +90 i f2 0 発振機 i e i i -90 freq 高周波電圧計（一定にする）振動子 f1 ＬＣの直列共振と振動子の共振ループはそっくりである f1 +90 freq i 0 共振点  f0 但しＱが非常に高くスプリアスが沢山有る又反共振点が出来てそれを過ぎるとＣ性（容量性）に変わる反共振点 -90 f2 これをモーショナルアドミッタンスループと云う無負荷時のループと負荷時のループ +90 freq 負荷がかかるとループはどんどん小さくなりハイインピーダンスになるつまり電流が流れ難くなりパワーを入れ難くなる 0 負荷時 -90 無負荷時負荷時にパワーを入れる為には共振回路を使って特性を反転する +90 freq 無負荷時電流大電流小 0 負荷時負荷時にパワーを入れる為にはＬＣの共振に振動子の共振を乗せることにより図の様に特性反転が出来る -90 ＬＣﾏｯﾁﾝｸﾞによる特性反転回路 f  ＬＣ 1 2 LC 振動子の共振周波数とＬＣの共振周波数とがほぼ一致するように定数を選ぶ “D級”増幅器の電流電圧波形ｵｼﾛｽｺｰﾌﾟで増幅器の出力の電圧電流波形を観測すると電圧波形負荷時電流波形無負荷時電流波形