超声波液位计研发的探讨  十八

2-4-1 差动放大电路

由于超声波换能器输出阻抗较大 ,因此第一级放大电路必须有足够大的输入阻抗，为了控制成本，本课题中选用了美信公司生产的集成运算放大器MAX4166 来搭建差动放大电路。MAX4166 芯片有极高的输入阻抗，较小的偏置电流，轨对轨输入输出等优良性能，并且既能以单电源2.7V 到6.5V 供电，也可以双电源±1.35V 到±3.25V 供电。图2.8 给出了MAX4166 的引脚图，其主要就是指标如下：

● 增益带宽积（GBWP）：5MHz

● 输入阻抗：1TΩ

● 共模抑制比（CMRR）：93dB

● 输出阻抗：100Ω

● 最大输出电流：80mA

● 最大偏置电流(Ib)：±225nA

● 直流输入电压范围；

● 差模输入电压：3V

在实际的电路中，由于超声波探头的激励电压太高，接收电路中就不可避免的会引入发射信号，当被测距离很短时，接收信号就会淹没于发射信号之中，使得液位计无法正常工作，这就是所谓的测量盲区。它主要是由超声波探头的陶瓷弹片的阻尼振荡现象引起的。阻尼振荡是由激励脉冲引起的压电传感器的持续振动。由于压电陶瓷的特性和传感器设计的局限性，阻尼振荡将持续很长时间。激励停止后，这段时间用来消散机械和电子能量。此外，激励脉冲的长度和接收电路的增益也对盲区的大小有一定的影响。

基本差动放大电路是把两个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相输入端，然后在输出端取出两个信号的差模成分，而尽量抑制两个信号的共模成分的电路。采用差动放大电路，有利于抑制共模干扰（提高共模抑制比）和减小温度漂移。

要满足基本差动运算放大器的外部回路电阻的匹配条件，经计算，应该令上图中的34 R = R35， 36 37 1 R = R +W （2.1）在满足上述匹配条件的情况下，根据基本差动放大器的原理。

超声波液位计