超聲波液位計研發的探討  十八

2-4-1 差動放大電路

由于超聲波換能器輸出阻抗較大 ,因此第一級放大電路必須有足夠大的輸入阻抗，為了控制成本，本課題中選用了美信公司生產的集成運算放大器MAX4166 來搭建差動放大電路。MAX4166 芯片有極高的輸入阻抗，較小的偏置電流，軌對軌輸入輸出等優良性能，并且既能以單電源2.7V 到6.5V 供電，也可以雙電源±1.35V 到±3.25V 供電。圖2.8 給出了MAX4166 的引腳圖，其主要就是指標如下：

● 增益帶寬積（GBWP）：5MHz

● 輸入阻抗：1TΩ

● 共模抑制比（CMRR）：93dB

● 輸出阻抗：100Ω

● 最大輸出電流：80mA

● 最大偏置電流(Ib)：±225nA

● 直流輸入電壓范圍；

● 差模輸入電壓：3V

在實際的電路中，由于超聲波探頭的激勵電壓太高，接收電路中就不可避免的會引入發射信號，當被測距離很短時，接收信號就會淹沒于發射信號之中，使得液位計無法正常工作，這就是所謂的測量盲區。它主要是由超聲波探頭的陶瓷彈片的阻尼振蕩現象引起的。阻尼振蕩是由激勵脈沖引起的壓電傳感器的持續振動。由于壓電陶瓷的特性和傳感器設計的局限性，阻尼振蕩將持續很長時間。激勵停止后，這段時間用來消散機械和電子能量。此外，激勵脈沖的長度和接收電路的增益也對盲區的大小有一定的影響。

基本差動放大電路是把兩個輸入信號分別輸入到運算放大器的同相和反相輸入端，然后在輸出端取出兩個信號的差模成分，而盡量抑制兩個信號的共模成分的電路。采用差動放大電路，有利于抑制共模干擾（提高共模抑制比）和減小溫度漂移。

要滿足基本差動運算放大器的外部回路電阻的匹配條件，經計算，應該令上圖中的34 R = R35， 36 37 1 R = R +W （2.1）在滿足上述匹配條件的情況下，根據基本差動放大器的原理。

超聲波液位計