超聲波流量計主機與探頭原理探討  三十

①高輸入阻抗的前置放大電路

該電路的主要作用是對超聲波換能器的接收信號進行阻抗匹配放大。超聲波換能器的阻抗很大，一般在10 6 Ω以上，普通的放大器很難與之匹配，只有MOS結構的放大器才有那么高的輸入阻抗。所以，我們選擇高輸入阻抗運算放大器LF357，它采用JFET 組成差分輸入級，其輸入阻抗高達1012 Ω[25]。在設計中，LF357采用同相放大接法，這級的放大倍數是A＝1+ R / R1 f ＝11。

②自動增益放大電路

由于超聲波流量計測量管徑的范圍很大（幾厘米～幾米），而且管壁情況和流體介質也有很大差異，因此接收信號的幅值會有很大的不同（幾毫伏～幾百毫伏），如果僅采用普通的集成運算放大器，對超聲波接收信號采用幅度鑒別的方式則可能出現誤判的現象。為使放大后信號的幅值保持在同一數量級，要選用自動增益放大電路來放大信號。通常采用程控增益放大器來完成這一功能，其工作原理是將放大后接收信號的峰值采樣保持下去，經A/D 轉換后去控制程控增益放大器的放大倍數，使輸出保持穩定。使用程控增益放大器的不足是所用的器件較多，電路設計也較為復雜，而且其跳躍性的放大倍數可能會造成電路工作的不穩定。本文采用美國ADI 公司的AD603 壓控VGA 芯片作為自動增益放大器。AD603 是一個低噪、90MHz 帶寬增益可調的集成運放，如增益用分貝表示，則增益與控制電壓成線性關系，壓擺率為275V/μs。管腳間的連接方式決定了可編程的增益范圍，增益在-11～+30dB 時的帶寬為90Mhz，增益在+9～+41dB 時具有9MHz 帶寬，改變管腳間的連接電阻，可使增益處在上述范圍內。該集成電路可應用于射頻自動增益放大器、視頻增益控制、A/D 轉換量程擴展和信號測量系統。

管腳1：GPOS 增益控制電壓正相輸入端（加正電壓增大增益）；

管腳2：GNEG 增益控制電壓反相輸入端（加負電壓增大增益）；

管腳3：VINP 運放輸入端；

管腳4：COMM 運放接地端；

管腳5：FSBK 反饋網絡連接端；

管腳6：VENG 負供電電源端；

管腳7：VOUT 運放輸出端；

管腳8：VPOS 正供電電源端。

超聲波流量計