可控增益放大器AD603在超声探伤系统中的应用

1、数字技术与应用应用研究可控增益放大器AD603在超声探伤系统中的应用郑树君(广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司 广东汕头 515041)摘要:介绍AD公司的程控放大器AD603的特点、原理,在实际电路中的级联应用。关键词:超声探伤系统 可控增益 误差中图分类号:TP27文献标识码:A文章编号:1007-9416(2011)04-0028-02超声探伤超声作为国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术,与其他无损检测技术相比,它具有被检测对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确、检测灵敏度高;成本低、使用方便、速度快、对人体无害及便于现场使用等特点。超声波检测原理:仪器产生的

2、电脉冲信号施加于换能器(探头)上,激励探头发射超声波,同时将探头接收超声反射回波并转换的电信号进行放大,再通过一定方式显示出来,从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。由于收到的发射回波信号比较小,大约只有几百毫伏到几毫伏,为了让回波信号能在显示屏上清晰的显示出来,必须将探头接收到的小信号进行放大,电路中就必须采用程控放大器。AD公司的程控放大器在超声业界应用较广,主要的型号有AD600、AD604、AD603等。其中的AD603应用灵活,频带可灵活调节、级联控制方式多而被更多地采用在较高端的超声接收电路中。1、AD603的特点、内部结构和工作原理的特点AD603是美国AD公司推出

3、的宽频带、图内部结构低噪声、低畸变、高增益精度的压控VGA芯片。它的带宽、增益可调,带宽在90MHz时,其增益为-11dB31dB,带宽在9MHz时,其增益为9dB。可用于RF/IF系统中的AGC电路、视频增益控制、A/D范围扩展和信号测量等系统中。的内部结构及原理AD603内部结构图如图1所示。AD603由一个可通过外部反馈电路设置固定增益GF(31.0751.07)的放大器、0-42.14dB的宽带压控精密无源衰减器和40dB/V的线性增益控制电路构成。图1中加在梯型网络输入端(VINP)的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无

4、关,而仅与其差值VG有关,即1脚GPOS和2脚GENG之间的电压差有关。当7脚VOUT和5脚FDBK的连接不同时,其放大器的增益范围、频带宽度不同。当脚5和脚7短接时,AD603的增益为-11dB31dB,频带为90MHz;当脚5和脚7断开时,其增益为9dB51dB,频带为9MHz;如果在脚5和脚7接上电阻,其增益范围将图顺序级联方式28数字技术与应用处于上述两者之间,超声探伤仪中就是采用应用研究数字技术与应用图实际应用电路这种工作状态。B/V*2),即在较小的控制电压下便可获得较高的增益,其总增益是单片AD603的两倍。但在并联方式工作时其增益误差是顺序控制方式的两倍,输出信造币随着增益的提

5、高而线性降低。(3)低增益波动方式(最小增益误差方式): 由于即使在增益温度状态下也存在一定的增益误差,且呈现周期性的纹波状态,若设置两片AD603级联时所对应的VG1和VG2间存在合适的电位差(约93.75mV),即可使两级的增益误差相互抵消,以实现在所需增益范围内总增益误差最小。这三种级联方式都可满足探伤仪的增益要求,因为仪器要求有高信噪比,所以采用第一种的顺序级联方式,增益控制电压Vc电压从0V到2V,增益调节可达80dB,再加上AD603前级的固定衰减38dB,整机可调增益范围118dB。在仪器调试中发现,这种级联方式的增益误差较大,不能满足仪器线性误差小于3%的要求,需要采用最小增益

6、误差级联方式,即如图2级联方式,VG1和VG2的电压点重新调节,在调试试验中,VG1电压调为0.398V,VG2电压调为0.473V,即VG1、VG2的电压差为75mV时,仪器的线性误差最小,仪器的增益为110dB,即没有用到最高的8dB,整机信噪比也不比第一种级联(高信噪比)差,但增益控制电压Vc为0V到1V,需要精度较高的DA转换器和保证控制电压Vc不受其它信号的干扰,否则将造成增益的不稳定,从而增加放大信号的噪声。2、AD603在超声接收电路中的实际应用由于超声探伤仪要求的增益值要求在100dB及以上,所以一片AD603的增益范围达不到要求,需要两片AD603进行级联。AD603有三种级

7、联方式。(1)顺序级联方式(高信噪比级联方式):两片AD603级联的顺序控制方式是将两片AD603的两个正增益控制输入端(GPOS)以并联形式由一个正电压VG(GPOS对地的电压)驱动,而两级的负增益控制输入端(GNEG)分别加一个稳定的电压,使VG1和VG2满足2*0.526V的点位差是,则第一级的增益达到最大值是,第二级的增益才从最小值开始提高。在顺序控制方式中,ISNR(即时信噪比)在增益控制范围内维持可能的最高水平,图2。(2)并联控制方式:两片AD603级联的控制方式是将两级的正增益控制输入端(GPOS)以并联的形式由一个正电压VG驱动,而两级的负增益控制输入端(GNEG)以并联形式接地或加一个稳定的电压,即VG1=VG2,于是两级的增益同步变化,并联控制方式在线性范围内的控制能力为80dB/V(40d参考资料1AD603.datasheet.A