Los 6 mejores proyectos de circuitos ultrasónicos para aficionados e ingenieros

Los 6 mejores proyectos de circuitos ultrasónicos para aficionados e ingenieros

La publicación analiza 6 proyectos de circuitos de transmisor y receptor ultrasónicos muy útiles pero simples que se pueden utilizar para muchas aplicaciones cruciales, como control remoto ultrasónico , alarmas antirrobo, cerraduras electrónicas de puertas y para escuchar frecuencias en el rango ultrasónico que normalmente son inaudibles para los oídos humanos.

Introducción

Muchos aparatos ultrasónicos comerciales funcionan con una frecuencia predeterminada y utilizan transductores que están hechos para alcanzar un pico o resonar en la frecuencia específica. El ancho de banda restringido y el precio de la mayoría de estos transductores hacen que se vuelvan inapropiados para las implementaciones de hobby y bricolaje.



Pero, de hecho, eso no es un problema, ya que prácticamente cualquier altavoz piezoeléctrico podría aplicarse como un transductor ultrasónico para ambos, en forma de dispositivo de salida de transmisor y también como sensor de receptor.

Aunque la eficiencia de los parlantes piezoeléctricos no se puede comparar con la eficiencia de un transductor industrial especializado, como pasatiempo y proyecto divertido, estos pueden funcionar perfectamente. El dispositivo que empleamos con los circuitos explicados a continuación fue un tweeter piezoeléctrico de 33/4 pulgadas que está disponible en la mayoría de las tiendas en línea.

1) Generador ultrasónico más simple

Figura 1 Este sencillo ultrasonido
El generador se puede construir sin mucha dificultad.
y muy rápidamente.

Nuestro primer circuito, que se muestra en la figura anterior, es un generador ultrasónico que utiliza el conocido 555 temporizador IC en un circuito multivibrador astable de frecuencia ajustable. El diseño emite una señal de onda cuadrada que, funciona con R2, para sintonizar alrededor de un rango de frecuencia de 12 kHz a más de 50 kHz.

Este rango de frecuencia se puede ajustar fácilmente alterando el valor del condensador C1, empleando un valor más bajo hará que el rango sea más alto, mientras que un valor mayor hará que el rango sea mucho más pequeño.

2) Generador ultrasónico con ciclo de trabajo fijo del 50%

El siguiente generador ultrasónico, revelado en la figura 2 anterior, hace uso de 6 puertas de búfer de un CI de búfer inversor CMOS 4049 solitario.

Un par de búferes, U1a y U1b, se pueden ver adjuntos dentro de una frecuencia variable oscilador astable circuito que tiene un ciclo de trabajo del 50%, salida de onda cuadrada.

El resto de los 4 búferes conectados en paralelo para mejorar la salida sobre el elemento piezoeléctrico conectado. El rango de frecuencia de este generador ultrasónico mucho mejor es aproximadamente similar al de la versión anterior del IC 555. Sin embargo, la principal ventaja de este diseño es su ciclo de trabajo preciso del 50% en todo el rango de frecuencia.

Dicho esto, el rango de frecuencia podría aumentarse bajando el valor del condensador C1, y la frecuencia puede disminuirse usando valores más altos para C1. El potenciómetro de 100k, junto con la resistencia R3, fija la frecuencia de salida.

3) Generador ultrasónico PLL

Circuito generador ultrasónico preciso y potente que utiliza PLL LM567 IC y controlador piezoeléctrico de salida push pull

los Circuito integrado de bucle de bloqueo de fase (PLL) LM567 se utiliza para generar frecuencia ultrasónica en nuestro tercer concepto, como se demuestra en la figura 3 anterior. Este circuito proporciona una serie de características mejores que los dos conceptos ultrasónicos anteriores.

Primero, el oscilador integrado del IC 567 está desarrollado para funcionar dentro de un espectro de frecuencia increíblemente grande, desde menos de 1 Hz hasta 500 kHz. La forma de onda de salida del generador, en el pin 5, exhibe una simetría sobresaliente en todo su rango de rendimiento.

Además, el generador proporciona una salida aumentada en comparación con otros dos circuitos debido a que la salida se ajusta mucho más a la impedancia del tweeter piezoeléctrico (SPKR1).

La salida del circuito podría ajustarse entre 10 kHz y más de 100 kHz. trabajando con potenciómetro R5. El transistor Q1 está conectado como un circuito colector común para mantener a distancia la salida del 567 y para impulsar el circuito amplificador de salida que se crea utilizando los transistores Q2 y Q3. El circuito podría cambiarse a un transmisor ultrasónico de cw rompiendo la conexión del pin 7 del IC e insertando una llave de interruptor en serie.

En ese caso, necesitará algún tipo de receptor ultrasónico para escuchar las señales y eso es exactamente lo que vamos a discutir en nuestro próximo circuito.

4) Circuitos receptores ultrasónicos

Este receptor ultrasónico IC 567 sintonizable se puede emparejar con el
explicó el transmisor ultrasónico LM 567 para obtener mejores resultados.

En el diagrama anterior se muestra un circuito receptor ultrasónico que utiliza un 567 PLL IC que cuenta con una capacidad de sintonización de frecuencia. El circuito oscilador sintonizable del IC es idéntico al circuito generador anterior y maneja exactamente el mismo rango de frecuencia. Un LED se coloca en el pin detector del pin 8 del IC que indica rápidamente las señales detectadas.

El transistor Q1 está posicionado para amplificar las diminutas señales ultrasónicas detectadas por el dispositivo piezoeléctrico y las envía al PLL.

Cómo probar

Para probar el funcionamiento ultrasónico, encienda el circuito generador ultrasónico IC 567 y mueva el piezo transmisor por toda el área. Comenzando con la configuración mínima, ajuste R5 poco a poco hasta que no pueda escuchar nada del altavoz. Esto debería fijar la frecuencia de salida del circuito aproximadamente a 16 y 20 kHz, dependiendo de la sensibilidad de su oído a las altas frecuencias.

Ahora, encienda el circuito del receptor ultrasónico y coloque su transductor piezoeléctrico a aproximadamente 12 pulgadas de distancia del altavoz del generador, aunque apunte exactamente en la misma dirección. Ajuste el receptor a través de R5, comenzando desde el punto de frecuencia mínima (que corresponde al rango de resistencia máxima de la olla), y poco a poco maximice la frecuencia hasta que vea que el LED del receptor se ilumina.

Si ve que el receptor no responde a las señales de salida del transmisor, intente apuntar el piezo del receptor con precisión al altavoz del generador y siga haciéndolo de manera persistente. Tan pronto como el receptor detecte la señal y el LED se encienda, aleje los dos piezoeléctricos Tx / Rx un mínimo de diez pies y comience a sintonizar nuevamente.

Una vez que encuentre que todo funciona satisfactoriamente, puede hacer uso de la tecla de telégrafo adjunta al transmisor (opcional en el pin 7) y ver la respuesta del LED en el receptor.

El LED debe responder a esto parpadeando en el estilo de puntos y guiones como lo tocó con la tecla de telégrafo. Una aplicación adicional de este conjunto de generador / receptor ultrasónico puede ser en forma de un sencillo sensor de alarma antirrobo.

Conecte un relé de 5 V a través del pin 8 del LM567 del receptor y el polo positivo de la batería. Coloque los dispositivos piezoeléctricos Tx y Rx aproximadamente a un pie de distancia y enfocados dentro del mismo camino, pero lejos de cualquier objeto cercano.

Si una persona se acerca y se encuentra en el frente de un par de parlantes, la frecuencia ultrasónica se reflejará y activará el relé del receptor para que se encienda. Los contactos de salida del relé se pueden aplicar para encender una alarma o un dispositivo de sirena.

5) Circuito receptor ultrasónico de alta sensibilidad

El último diseño de circuito del receptor ultrasónico es en realidad un receptor ultrasónico extremadamente sensible que puede captar fácilmente casi cualquier cosa dentro del rango de frecuencia ultrasónica. Es posible que pueda escuchar las comunicaciones de insectos, murciélagos, motores, etc. La idea también podría usarse junto con los generadores ultrasónicos explicados anteriormente para desarrollar sistemas ultrasónicos de alta calidad.

El diseño funciona según el principio de conversión directa. Los transistores Q1 y Q2 aumentan las señales ultrasónicas detectadas por el altavoz piezoeléctrico. La salida del colector del Q2 se usa para impulsar la entrada JFET (Q3), que se puede ver conectada como un circuito detector de producto.

La etapa PLL (U1) en este concepto se emplea como un oscilador heterodino sintonizable que además alimenta la entrada del circuito detector JFET. La señal ultrasónica entrante se combina con la frecuencia del oscilador heterodino generando una frecuencia de suma y diferencia.

El elemento de alta frecuencia se filtra a través de la red de componentes C3, R8 y C6. Se permite que la salida de baja frecuencia sobrante ingrese a través de la entrada del amplificador de audio LM386. Se podría conectar un altavoz o auriculares a la salida de audio del circuito.

6) Otro circuito receptor ultrasónico para escuchar sonidos por encima del rango de 20 kHz

El rango de detección de frecuencia de nuestro oído es apenas de hasta 13 kHz de frecuencia. La función del detector de ultrasonidos es vencer esta limitación cambiando la frecuencia de ruidos de alta frecuencia, por ejemplo, silbidos de perros, fugas de gas apenas audibles, pitidos de murciélagos y varios sonidos ultrasónicos artificiales, por ejemplo, golpeando ligeramente un periódico.

El 'ultrasonido' detectado por el transductor de entrada se potencia y se alimenta a un detector de producto. Se incluye un multivibrador astable ya que la estabilidad del BFO ​​puede no ser de mucha importancia. Además del diferencial de señal requerido, el circuito genera adicionalmente la señal BFO ​​por sí misma, así como la frecuencia de suma, que luego termina dentro de un filtro de paso bajo fijado a 4 kHz.

La señal resultante aquí se amplifica una vez más para operar un par de auriculares. El circuito funciona con alrededor de 8 miliamperios, por lo que se puede alimentar fácilmente con una batería seca de 9 V.




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