可控增益放大器AD603在超聲探傷系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用應(yīng)用研究可控增益放大器AD603在超聲探傷系統(tǒng)中的應(yīng)用鄭樹君(廣東汕頭超聲電子股份有限公司超聲儀器分公司 廣東汕頭 515041)摘要:介紹AD公司的程控放大器AD603的特點、原理,在實際電路中的級聯(lián)應(yīng)用。關(guān)鍵詞:超聲探傷系統(tǒng) 可控增益 誤差中圖分類號:TP27文獻標識碼:A文章編號:1007-9416(2011)04-0028-02超聲探傷超聲作為國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù),與其他無損檢測技術(shù)相比,它具有被檢測對象范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高;成本低、使用方便、速度快、對人體無害及便于現(xiàn)場使用等特點。超聲波檢測原理:儀器產(chǎn)生的

2、電脈沖信號施加于換能器(探頭)上,激勵探頭發(fā)射超聲波,同時將探頭接收超聲反射回波并轉(zhuǎn)換的電信號進行放大,再通過一定方式顯示出來,從而得到被探工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷位置和大小等信息。由于收到的發(fā)射回波信號比較小,大約只有幾百毫伏到幾毫伏,為了讓回波信號能在顯示屏上清晰的顯示出來,必須將探頭接收到的小信號進行放大,電路中就必須采用程控放大器。AD公司的程控放大器在超聲業(yè)界應(yīng)用較廣,主要的型號有AD600、AD604、AD603等。其中的AD603應(yīng)用靈活,頻帶可靈活調(diào)節(jié)、級聯(lián)控制方式多而被更多地采用在較高端的超聲接收電路中。1、AD603的特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的特點AD603是美國AD公司推出

3、的寬頻帶、圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)低噪聲、低畸變、高增益精度的壓控VGA芯片。它的帶寬、增益可調(diào),帶寬在90MHz時,其增益為-11dB31dB,帶寬在9MHz時,其增益為9dB?？捎糜赗F/IF系統(tǒng)中的AGC電路、視頻增益控制、A/D范圍擴展和信號測量等系統(tǒng)中。的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理AD603內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。AD603由一個可通過外部反饋電路設(shè)置固定增益GF(31.0751.07)的放大器、0-42.14dB的寬帶壓控精密無源衰減器和40dB/V的線性增益控制電路構(gòu)成。圖1中加在梯型網(wǎng)絡(luò)輸入端(VINP)的信號經(jīng)衰減后,由固定增益放大器輸出,衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調(diào)整與其自身電壓值無

4、關(guān),而僅與其差值VG有關(guān),即1腳GPOS和2腳GENG之間的電壓差有關(guān)。當7腳VOUT和5腳FDBK的連接不同時,其放大器的增益范圍、頻帶寬度不同。當腳5和腳7短接時,AD603的增益為-11dB31dB,頻帶為90MHz;當腳5和腳7斷開時,其增益為9dB51dB,頻帶為9MHz;如果在腳5和腳7接上電阻,其增益范圍將圖順序級聯(lián)方式28數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用處于上述兩者之間,超聲探傷儀中就是采用應(yīng)用研究數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用圖實際應(yīng)用電路這種工作狀態(tài)。B/V*2),即在較小的控制電壓下便可獲得較高的增益,其總增益是單片AD603的兩倍。但在并聯(lián)方式工作時其增益誤差是順序控制方式的兩倍,輸出信造幣隨著增益的提

5、高而線性降低。(3)低增益波動方式(最小增益誤差方式): 由于即使在增益溫度狀態(tài)下也存在一定的增益誤差,且呈現(xiàn)周期性的紋波狀態(tài),若設(shè)置兩片AD603級聯(lián)時所對應(yīng)的VG1和VG2間存在合適的電位差(約93.75mV),即可使兩級的增益誤差相互抵消,以實現(xiàn)在所需增益范圍內(nèi)總增益誤差最小。這三種級聯(lián)方式都可滿足探傷儀的增益要求,因為儀器要求有高信噪比,所以采用第一種的順序級聯(lián)方式,增益控制電壓Vc電壓從0V到2V,增益調(diào)節(jié)可達80dB,再加上AD603前級的固定衰減38dB,整機可調(diào)增益范圍118dB。在儀器調(diào)試中發(fā)現(xiàn),這種級聯(lián)方式的增益誤差較大,不能滿足儀器線性誤差小于3%的要求,需要采用最小增益

6、誤差級聯(lián)方式,即如圖2級聯(lián)方式,VG1和VG2的電壓點重新調(diào)節(jié),在調(diào)試試驗中,VG1電壓調(diào)為0.398V,VG2電壓調(diào)為0.473V,即VG1、VG2的電壓差為75mV時,儀器的線性誤差最小,儀器的增益為110dB,即沒有用到最高的8dB,整機信噪比也不比第一種級聯(lián)(高信噪比)差,但增益控制電壓Vc為0V到1V,需要精度較高的DA轉(zhuǎn)換器和保證控制電壓Vc不受其它信號的干擾,否則將造成增益的不穩(wěn)定,從而增加放大信號的噪聲。2、AD603在超聲接收電路中的實際應(yīng)用由于超聲探傷儀要求的增益值要求在100dB及以上,所以一片AD603的增益范圍達不到要求,需要兩片AD603進行級聯(lián)。AD603有三種級

7、聯(lián)方式。(1)順序級聯(lián)方式(高信噪比級聯(lián)方式):兩片AD603級聯(lián)的順序控制方式是將兩片AD603的兩個正增益控制輸入端(GPOS)以并聯(lián)形式由一個正電壓VG(GPOS對地的電壓)驅(qū)動,而兩級的負增益控制輸入端(GNEG)分別加一個穩(wěn)定的電壓,使VG1和VG2滿足2*0.526V的點位差是,則第一級的增益達到最大值是,第二級的增益才從最小值開始提高。在順序控制方式中,ISNR(即時信噪比)在增益控制范圍內(nèi)維持可能的最高水平,圖2。(2)并聯(lián)控制方式:兩片AD603級聯(lián)的控制方式是將兩級的正增益控制輸入端(GPOS)以并聯(lián)的形式由一個正電壓VG驅(qū)動,而兩級的負增益控制輸入端(GNEG)以并聯(lián)形式接地或加一個穩(wěn)定的電壓,即VG1=VG2,于是兩級的增益同步變化,并聯(lián)控制方式在線性范圍內(nèi)的控制能力為80dB/V(40d參考資料1AD603.datasheet.A