低压电源驱动的超声波发射接收电路设计 .pdf

低压电源驱动的超声波发射接收电路设

计

摘要：本文通过分析常见的超声波发射电路，在此基础上，研究出由低压电

源驱动的超声波发射接收电路。本电路只需要较低直流电源供电，电路开关是场

效应管的元件，其安全系数相对较高。采用电压跟随电路、隔离电路设计，能够

将无关电路对接受电路作用减弱。本文结合LF256（野外驱鸟设备）震荡的问题

实例开展分析，提出低压电源驱动的超声波发射接收电路设计，解决了原本存在

的超声波信号接收问题。

关键词:超声波；发射接收电路；电压跟随；自激振荡；滤波

引言：通过研究分析常见超声波发射电路原理，构建了性能可靠、稳定的发

射超声波电路。本文提出的这一电路，能够在储能电感瞬时放电时产生较高的功

率脉冲，以此激励超声转换器，促使其发挥作用，脉冲电压最高可达几百V。同

时，超声波接受电路的电压跟随器，精准可靠，操作简单。

1超声波发射的电路

1.1超声波发射的电路

为切实满足实际需求，超声波产生的发射超声波电路形式多样化。当前，常

见的主要包括三种，分别为RLC谐振类方法、脉冲电源激励、电容瞬间放电法，

本实验选取的是前两种。

1.1.1RLC谐振类法

电路阻抗工作、升压工作是借助脉冲变压器完成，RLC并联谐振能够生成高频、

高压脉冲激励信号。这一方法电路占地面积较大，其可借助变压器，提升电压。

1.1.2脉冲电源激励法

这类电路主要是通过换能器加载直流高电压瞬间，生成正高压脉冲。正高压

脉冲，能够促使换能器产生超声波。换能器电阻影响较小，电源几乎与短路状态

相似。通过电源瞬时电流数值较大，对电源过载能力提出了较高的要求，其功率

较大、损耗较大，会很大程度影响检测精准度。

1.2基于低压电源的超声波发射电路

为确保超声波性能可靠、稳定，降低其能耗。本文构建一种全新的发射电路，

这一电路原理在于借助储能电感，瞬时放电产生高脉冲电流，这一电流可激励换

能器。借助调节控制信号频率、电感参数，能够促使换能器产生共振频率。这一

电路不需要高压电流，能够将电路体积缩小，可实现电路生成的节约，将各类危

险因素消除。

2低噪声接收电路的构建

2.1接收电路隔离级

受大功率电路、接收电路影响，会导致高压发射脉冲流入接入电路中，需要

隔离大功率电路、接收电路。为将隔离级对检测系统影响减弱，针对隔离级提出

以下要求：第一，不可大幅度的通过各发射脉冲，第二，隔离级可促使较弱的回

波信号无衰减通过。

隔离级电路方案构建内容主要包括：第一，限流、限幅方案，通过打信号在

输入隔离级输出项较小电压实现。第二，禁止大信号方案的通过，允许在一定幅

度内的电压通过，本文选择第一种方案。

2.2电压自激与跟随电路振荡的消除

2.2.1消除LF256的自激振荡

L2F56结构中电容仅可实现非完全性补偿，进而将L2F56视作跟随器，将其

效益控制在一定范围内，一般要求最小增益A=v5之上。若增益为5以下，L2F56

就会产生振荡，且会导致L2F56自激振荡。

目前,常用的自激振荡消除法为频率补偿方法，主要是借助外部相伴电路将

电路内的放大自激振荡消除。其基本思路在于，借助反馈网、电路增加部分元件，

改变、放大电路开环频率特征，无法产生自激振荡需要的基本条件，确保闭环工

作的稳定进行。当前，常见的方法在于基本放大器接入电容、RC元件组成补偿电

路，将自激振荡消除。

2.2.2电压跟随电路

国内学者研究发现，通过放大电路内安置电容，能够去除噪声。但是这类使

用较高频率的小信号会产生一定程度的偏移，会影响电路的正常工作，甚至导致

电路无法工作。基于此，使用直接放大电路各级连接方式，以此实现有效连接，

实现祸合。但是,换能器的输出阻抗较高，一般情况≥107，比如：陶瓷晶片换能

器输出阻抗为110，其输出的回波信号较小。基于此，后级输入阻抗较小，会导

致信号信号亏损在前级电阻内。为将这类情况避免，在接受电路、超声波发射电

路间接入高输入阻抗，以便跟随电路，以此确保高输出、接受电路匹配。

2.3带通滤波电路

超声波接受电路噪声方案，本研究在放大电路前端，构建二阶无源带通滤波

器，其包括电阻与电容，主要是放大接收器超声波信号，首次滤波后，降低信号

内包含的低频噪声、高频噪声，以此阻止混叠情况的发生，促使超声波接收器发

挥降噪作用。一般情况下，二阶带通滤波器为1一10MHz。

图1带通滤波电