超声波流量计主机与探头原理探讨  三十

①高输入阻抗的前置放大电路

该电路的主要作用是对超声波换能器的接收信号进行阻抗匹配放大。超声波换能器的阻抗很大，一般在10 6 Ω以上，普通的放大器很难与之匹配，只有MOS结构的放大器才有那么高的输入阻抗。所以，我们选择高输入阻抗运算放大器LF357，它采用JFET 组成差分输入级，其输入阻抗高达1012 Ω[25]。在设计中，LF357采用同相放大接法，这级的放大倍数是A＝1+ R / R1 f ＝11。

②自动增益放大电路

由于超声波流量计测量管径的范围很大（几厘米～几米），而且管壁情况和流体介质也有很大差异，因此接收信号的幅值会有很大的不同（几毫伏～几百毫伏），如果仅采用普通的集成运算放大器，对超声波接收信号采用幅度鉴别的方式则可能出现误判的现象。为使放大后信号的幅值保持在同一数量级，要选用自动增益放大电路来放大信号。通常采用程控增益放大器来完成这一功能，其工作原理是将放大后接收信号的峰值采样保持下去，经A/D 转换后去控制程控增益放大器的放大倍数，使输出保持稳定。使用程控增益放大器的不足是所用的器件较多，电路设计也较为复杂，而且其跳跃性的放大倍数可能会造成电路工作的不稳定。本文采用美国ADI 公司的AD603 压控VGA 芯片作为自动增益放大器。AD603 是一个低噪、90MHz 带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB 时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB 时具有9MHz 带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D 转换量程扩展和信号测量系统。

管脚1：GPOS 增益控制电压正相输入端（加正电压增大增益）；

管脚2：GNEG 增益控制电压反相输入端（加负电压增大增益）；

管脚3：VINP 运放输入端；

管脚4：COMM 运放接地端；

管脚5：FSBK 反馈网络连接端；

管脚6：VENG 负供电电源端；

管脚7：VOUT 运放输出端；

管脚8：VPOS 正供电电源端。

超声波流量计