文檔標識符：Ultrasonic_Dog_Repellent_IV_T-D-P19
作者：DLHC
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前言
筆者認爲，對於超聲波驅狗器的研究應該從以下方面展開：
1.研究不同頻率、不同強度的超聲波對不同品種、不同年齡狗的影響。
2.對超聲波換能器進行建模、有限元分析，研究超聲波換能器頻率響應等特性。
3.基於前兩個研究，設計相關電路實現超聲波驅狗器，並進行嚴謹的實驗與評估。
但是從可以獲取的資料來看，對超聲波驅狗器的研究尚處於“原始水平”(沒有嚴謹的研究，只有專利和一些不可靠的信息)。
通過查閱各大專業文獻數據庫，發現關於超聲波驅狗作用的研究很少，截至目前筆者還未找到此類文章。但是，驅狗器的電路倒是找到不少。筆者此前實驗過一些網絡上常見的驅狗器電路，但效果都不好。
按照道理，應該按照上述步驟進行細緻的研究。但考慮到上述研究的難度，本文決定再嘗試一種驅狗器電路。
一篇文獻
1994年3月15日，一篇發表在《實用電子文摘》名爲《超聲波攆狗棒》的文章[1]吸引了我的注意，該文介紹了一種製作簡易超聲波驅狗器的方法，本文將圍繞這篇文章展開。以下是《超聲波攆狗棒》中相關的內容（該文章存在一處錯誤，筆者已修改；電阻R6的阻值看不清，後文會詳細分析；筆者也對文章部分內容做了適當的調整。原文可在中國知網獲取）
“電路很簡單，如圖0.0所示，IC1 和 IC2 均爲集成電路555。IC1 組成一個超聲波振盪器，振盪頻率可用電位器 P1 調節。IC2 和晶體管 T1 2N2907，組成一個鋸齒波發生器，加到 IC1 的 5 腳，對超聲波振盪器進行調頻，使超聲波的頻率大約在 20~40kHz 之間變化。低頻鋸齒波的頻率可用電位器 P2 進行調節。晶體管 T2 爲 BD137，用 BD139 更好[2]，用來放大 IC1 產生的方波信號，並將它送給超聲波換能器 TW。電感 L2 爲低頻扼流圈，用來對 T2 提供直流電源並防止 T2 的負載短路。爲了便於隨身攜帶，電源採用 9v 的電池。製作與調試都很簡單，圖0.1，圖0.2爲印刷電路和元件佈置圖。超聲波換能器可採用小巧便宜的高音喇叭，但要求頻率響應達 40kHz 以上。L1 爲 10mH 的自感線圈，L2 可用燈光控制器的變壓器初級，即粗線繞組來代替，不論什麼型號的皆可。”[1]
圖0.0-電路原理圖[1]
圖0.1-印刷電路[1]
圖0.2-元件佈置圖[1]
電路仿真
通過Multisim對此電路進行SPICE仿真，仿真原理圖見圖1.0。可以初步得到以下結論[3]：
1.開關 S1 相當於“強力輸出”(文獻中稱作“Test”)。當 S1 斷開時，輸出波形圖見圖1.1；當 S1 閉合時，輸出波形圖見圖1.2，理論上此時輸出的超聲波強度更大。
2.調節可調電阻 R3 和 R9 可以改變輸出信號的頻率，阻值-頻率關係尚不明確。通過初步測得的數據，發現輸出信號的週期在 299us~370us 之間，對應頻率 3.34kHz~2.7kHz，與 25kHz 相差較大。需要進一步實驗加以驗證。
3.由於文獻不清晰，電阻 R8 阻值有爭議，故分別分析了 R8 在 22K 與 2.2K 下的輸出波形，分別見圖1.3、圖1.4與圖1.5、圖1.6。可以發現，在 22K ”強力輸出“下，輸出信號頻率較低(目測爲 2.2K ”強力輸出“下的 1/3 左右)；在 22K 非“強力輸出”下，輸出信號幅值較高(目測爲 2.2K 非“強力輸出”下的 3倍 左右)。
爲了驗證文獻中的電路，R8阻值取 2.2K 。
圖1.0-仿真原理圖
圖1.1-S1斷開時，輸出波形圖
圖1.2-S1閉合時，輸出波形圖
圖1.3-R8=22k下的輸出波形圖(“強力輸出”)
圖1.4-R8=22k下的輸出波形圖(非“強力輸出”)
圖1.5-R8=2.2k下的輸出波形圖(“強力輸出”)
圖1.6-R8=2.2k下的輸出波形圖(非“強力輸出”)
元件清單
NE556 * 1（或NE555 * 2）
2N2907 * 1
BD139 * 1（或BD137 * 1）
10K電阻 * 4
1K電阻 * 2
2.2K電阻 * 2
10R電阻 * 1
470K可調電阻 * 1
4.7K可調電阻 * 1
10nF無極電容 * 3
47nF無極電容 * 1
1uF電解電容 * 1
10uF電解電容 * 1
100uF電解電容 * 1
開關 * 2
9v電池夾 * 1
高音喇叭(頻率響應40kHz以上) * 1
10mH自感線圈 * 1
變壓器初級粗線繞組(低頻扼流圈) * 1
完成後
圖2.0-評估電路(正面)
圖2.1-評估電路(反面)
圖2.2-高音喇叭，型號323x7
圖2.3-超聲波發射探頭T25
一些測試
由於測試條件限制，無法直接對狗進行測試，以下測試僅針對電氣特性及其它基本特性展開，測試結果見表1.0。
| 超聲波發生器類型 | 測試條件 | 電流(A) | 基本特性 | 驅狗測試 |
| T25 | +9v，非強力輸出 | 0.66 | 人耳聽不見的聲音 | [5] |
| T25 | +9v，強力輸出 | 0.32 | 吱~吱~吱~吱~聲 | [5] |
| 高音喇叭 | +9v，非強力輸出 | 0.68 | 電流聲 | [5] |
| 高音喇叭 | +9v，強力輸出 | [4] | [4] | [4][5] |
表1.0-測試結果
結論
如果本電路使用高音喇叭，將會產生使人暫時失去聽覺的強烈噪音，同時也有很大可能會對狗有強烈的震懾作用，建議驅狗時帶上耳塞。由於本次暫未測試實際驅狗效果，無法得出其他結論。
引用&註釋
[1].超聲波攆狗棒[J].實用電子文摘,1994(03):116.
[2].BD139 與 BD137 爲同系列中等功率 NPN 硅三級管，BD139 性能更優。本文將使用 BD139。
[3]. 1.電阻 R11 阻值較大時，仿真會出錯，故仿真過程中R11阻值設爲0歐。實際上，R11只是一個限流電阻，可以短路。
2.電感 L1 在仿真過程中使用一個高感值電感替代，原本應該爲低頻扼流圈。
3.仿真過程中R8爲22K(另外標註除外)
[4].此條件下，超聲波發生器會產生十分刺耳、響亮的噪音，以至於筆者耳朵暫時失去聽覺，無法進行測試。
[5].條件有限，暫時無法對狗類進行實際測試。
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