專利名稱：超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲測距系統(tǒng)回聲信號自動控制技術(shù)。特別是涉及一種適用于工業(yè) 現(xiàn)場基于超聲的距離測量，也可用于移動機器人實時避障或自主車輛導(dǎo)航等的超聲測距 用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路。
背景技術(shù)：
在空氣介質(zhì)中，聲波沿其傳播路徑受到反射、散射、吸收等因素的影響，其強度將 隨傳播距離的增大而迅速衰減。因此，障礙物距離超聲換能器較遠時，回聲信號很微弱， 障礙物距離超聲換能器較近時，回聲信號幅度大，這種回聲信號幅度的波動會給回聲信 號的接收以及后續(xù)處理帶來不確定性，從而導(dǎo)致測量誤差產(chǎn)生，甚至產(chǎn)生錯誤測量結(jié)果。 因此，通常在超聲測距系統(tǒng)的回聲信號接收電路中配置自動增益控制電路。
自動增益控制電路能自動調(diào)節(jié)電路的放大倍數(shù)，在信號輸入微弱時，放大倍數(shù)增大； 同樣在輸入信號很強時，放大倍數(shù)變?。淮嗽鲆婵刂齐娐吩谳斎胄盘柗炔煌那闆r下， 輸出信號幅值相同且波形不失真。
圖1描述了超聲測距系統(tǒng)的原理框圖。下面將說明超聲測距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理。 如圖1所示，系統(tǒng)上電后開始工作，由FPGA的發(fā)射序列模塊101產(chǎn)生發(fā)射序列，該發(fā) 射序列通過功率放大模塊102放大為高壓信號，該高壓信號激勵超聲換能器103發(fā)射出 超聲波，超聲波遇到障礙物104后返回，返回的回聲信號被超聲換能器103接收，接收 到的回聲信號經(jīng)過濾波電路105后送往自動增益控制電路106放大到預(yù)定值以保證回聲 信號波形的幅值不隨測量距離的變化而變化，放大后的回聲信號送往整形電路107轉(zhuǎn)換 為二值信號，將該二值信號送入FPGA的回聲信號處理及距離計算模塊108計算換能器與 障礙物的距離。
國內(nèi)外相關(guān)文獻分析-
文獻"自動增益電路在超聲波測距系統(tǒng)中的應(yīng)用研究"(測控技術(shù)，2005年第24 巻第7期，華中科技大學控制科學與工程系，曾祥進，王敏，黃心漢)應(yīng)用場效應(yīng)管的
可變電阻功能，設(shè)計了一種自動增益電路來對超聲波的聲波衰減進行補償。該文獻根據(jù) 聲波在空氣中傳播時聲強按指數(shù)規(guī)律衰減的特性，設(shè)計的自動增益補償電路的放大倍數(shù) 呈指數(shù)規(guī)律變化。
文獻"提高超聲波測距精度方法的研究"(現(xiàn)代電子技術(shù)，2007年第15期，中國計 量學院，張珂，劉鋼海)采用時間增益補償技術(shù)，補償超聲波在空氣中的衰減，減少回 波信號的起伏。該文獻根據(jù)時間增益補償回聲信號的衰減，即時間上較早到達的回聲信號的放大倍數(shù)較小。
文獻"大動態(tài)范圍高線性JFET壓控電阻"(南開大學學報(自然科學)，2001年第 34巻第4期，南開大學微電子科學系，宋樹貴，柏松)擴大了 JFET可變電阻區(qū)的動態(tài)范 圍，并能實現(xiàn)壓控正電阻和壓控負電阻。該文獻只討論了如何擴大JFET可變電阻區(qū)的動 態(tài)范圍，不涉及自動增益控制電路的設(shè)計。
文獻"一種高精度超聲波測距系統(tǒng)的改進"(電子技術(shù)應(yīng)用，2007年第4期，中南 大學機電工程學院，趙海鳴，王紀婢，劉軍，史春雪)提出了一種利用回波包絡(luò)、微分 和過零檢測來確定超聲波回波到達時刻的方法，在其硬件電路的設(shè)計中自動增益電路由 可編程放大器，數(shù)字電位器結(jié)合單片機實現(xiàn)，將在不同距離處測得的放大倍數(shù)換算成數(shù) 字電位器的抽頭位置，將位置參數(shù)固化到E2PR0M中，單片機通過中斷方式査表獲得對應(yīng) 的放大倍數(shù)，該文獻中的自動增益電路所能放大的倍數(shù)有限，不能實現(xiàn)放大倍數(shù)無級可 調(diào)。
"自動增益控制電路"(專利申請?zhí)?00310117902.5)提出了一種不需要由電阻 器和電容器構(gòu)成的積分電路的自動增益控制電路，該方案中控制輸入信號的放大或衰減 倍數(shù)是由電壓比較器、遞增/遞減計數(shù)器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路組成，輸出信號與設(shè)定信號送 入電壓比較器，用電壓比較器的輸出信號控制遞增/遞減計數(shù)器的計數(shù)值，從數(shù)/模轉(zhuǎn)換 電路輸出與計數(shù)值對應(yīng)的電壓，該電壓控制可變增益放大電路的增益值。此發(fā)明不涉及 多級放大，且放大倍數(shù)不是無級可調(diào)的。
"自動增益控制電路"(實用新型專利申請?zhí)?00620129766.0)提供的自動增益 控制電路的放大倍數(shù)控制信號由比較器和積分器產(chǎn)生。
"大動態(tài)輸入信號自動增益控制電路"(專利申請?zhí)?0125471.5)提出了一種大 動態(tài)輸入信號自動增益控制電路，能夠補償二極管在小信號檢波時的非線性問題，其用 兩級受控增益放大電路來實現(xiàn)電路中的自動增益控制能力，放大倍數(shù)的控制方法使用比 較器。
博士學位論文"大量程超聲波測距系統(tǒng)研究"(國防科學技術(shù)大學，潘仲明，2006) 采用阻容電路的充放電規(guī)律實現(xiàn)增益按指數(shù)規(guī)律變化的自動增益可控電路。
碩士學位論文"高精度實時超聲測距技術(shù)研究"(國防科學技術(shù)大學，隋衛(wèi)平，2003) 采用軟硬件結(jié)合的方法實現(xiàn)增益隨時間呈指數(shù)變化的自動增益控制電路，微處理器通過 査表方式確定某時刻的增益，此方案中電路的放大倍數(shù)有限，不是無級可調(diào)的。
碩士學位論文"水中超聲波接收機自動增益和信號處理技術(shù)"(南京理工大學，鄭 吉華，2007)采用數(shù)字處理方法實現(xiàn)自動增益控制電路，它將信號采樣量化后通過數(shù)字 處理的方法得到增益控制參量，然后控制接收機的可增益運算放大器實現(xiàn)增益控制。
通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在實現(xiàn)自動增益控制的方法主要有兩種 一種是傳統(tǒng)的+莫擬 方法，采用積分電路來實現(xiàn)；另一種是數(shù)字方法，它將信號采樣量化后通過數(shù)字處理的 方法得到增益控制參量，然后控制接收機的可變增益運算放大器實現(xiàn)增益控制。這兩種方法共同的特點是需要事先知道信號放大倍數(shù)的規(guī)律(如超聲信號在空氣中放大倍數(shù)呈
指數(shù)規(guī)律)。而傳統(tǒng)的模擬方法采用積分電路實現(xiàn)自動增益控制的機理是RC充放電規(guī)律 呈指數(shù)規(guī)律，傳統(tǒng)的數(shù)字方法需將試驗測得的一定距離處的放大倍數(shù)存儲在單片機內(nèi)， 供實際測距時調(diào)用。由于超聲信號在空氣中傳播時受多種因素的影響，采用傳統(tǒng)方法設(shè) 計的自動增益控制電路都有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可變增益范圍大、穩(wěn)定可靠，擴大系統(tǒng)的 動態(tài)可變范圍，且倍數(shù)可無級調(diào)節(jié)；采用PID調(diào)節(jié)電路控制放大倍數(shù)使得放大后的電壓 值穩(wěn)定在預(yù)定值的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路， 包括有依次串聯(lián)連接的n級放大電路，每一級放大電路上分別對應(yīng)連接結(jié)型場效應(yīng)管， 所述的第一級放大電路的輸入端連接輸入信號，所述的第n級放大電路的輸出構(gòu)成輸出 信號，所述的輸出信號還通過依次串聯(lián)連接的取樣電路、PID電路和限幅電路后，分別連 接各結(jié)型場效應(yīng)管，所述的PID電路的信號輸入端還連接給定電路。
所述的每一級放大電路中都包括一個運算放大器，所述的n個運算放大器為相同結(jié) 構(gòu)，每一個運算放大器的同相輸入端和反相輸入端各連接一個結(jié)型場效應(yīng)管的漏極，各 結(jié)型場效應(yīng)管的源極接地，其中，運算放大器反相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極 連接限幅電路的輸出端，運算放大器同相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極接地。
所述的取樣電路包括有將輸入的交流信號電壓整流濾波成直流信號電壓的全波整流 電路，所述的交流信號電壓與直流信號電壓幅度成正比。
所述的給定電路包括有三端穩(wěn)壓基準芯片和由電阻組成的外圍電路，以及與三端穩(wěn) 壓基準芯片陰、陽極連接的電位器，所述電位器的可調(diào)端連接PID電路。
所述的PID電路包括有接收取樣電路的反饋信號電壓和給定電路的給定信號電壓并 計算出偏差電壓的加法器，以及接收偏差電壓的PID調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，采用PID調(diào)節(jié)器控制放大 倍數(shù)，無論放大倍數(shù)的規(guī)律如何，它都能使其穩(wěn)定在設(shè)定值。且采用多級放大提高其動 態(tài)范圍，采用壓控電阻控制增益使其無級可調(diào)的。本發(fā)明的特點如下-
(1) 采用JFET壓控電阻控制電路的增益，實現(xiàn)增益的無級調(diào)節(jié)。
(2) 采用多個放大電路同時工作，擴大可控制增益的動態(tài)范圍。
(3) 因采用PID調(diào)節(jié)器控制電路的增益，使得輸出電壓穩(wěn)定，為測距系統(tǒng)的后續(xù)模 塊工作提供可靠依據(jù)，使得系統(tǒng)測距準確性提高。


圖1是超聲測距系統(tǒng)原理框圖；圖2是本發(fā)明的自動增益控制電路結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是本發(fā)明的自動增益控制電路原理圖4是超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路的實驗測試效果圖，其中， (a)輸入電壓3 mV; (b)輸入電壓IO mV; (c)輸入電壓50 raV;
(d)輸入電壓100 mV(e)輸入電壓500 mV (f)輸入電壓1 V
(g)輸入電壓2 V (h)輸入電壓3 V。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路做 出詳細說明。
本發(fā)明提出了一種新的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路。該電路采用 多個結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)組成多級受控增益控制電路來實現(xiàn)電路中的自動增益控制能 力，擴大系統(tǒng)的動態(tài)可變范圍。采用PID調(diào)節(jié)電路控制增益使得回聲信號的電壓值穩(wěn)定 在預(yù)定值，使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。所提方法一方面可實現(xiàn)在高動態(tài)范圍內(nèi)無級控制增益調(diào) 節(jié)電壓幅值，實驗測得所設(shè)計電路的最大放大倍數(shù)約為20736倍；另一方面可實現(xiàn)自動 增益調(diào)節(jié)后的回聲信號電壓幅值穩(wěn)定且不失真，設(shè)計電路中的輸出信號峰-峰電壓穩(wěn)定在 6. 0V。
如圖2所示，本發(fā)明的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，包括有依 次串聯(lián)連接的n (n》1)級放大電路1、 2、 3、…4，每一級放大電路上分別對應(yīng)連接結(jié) 型場效應(yīng)管8、 7、 6、…5，所述的第一級放大電路1的輸入端連接輸入信號IN，所述的 第n級放大電路4的輸出構(gòu)成輸出信號0UT，所述的輸出信號OUT還通過依次串聯(lián)連接的 取樣電路9、 PID電路11和限幅電路12后，分別連接各結(jié)型場效應(yīng)管8、 7、 6、…5，所 述的PID電路11的信號輸入端還連接給定電路10。
本發(fā)明首先根據(jù)實際需要通過給定電路10設(shè)定預(yù)期電壓值，輸入信號IN送入放大 電路1進行一級放大， 一級放大的輸出送入放大電路2進行二級放大，依次類推，n-l 級放大的輸出送入放大電路n進行n級放大，經(jīng)過n級放大后輸出0UT。取樣電路9對輸 出信號OUT進行取樣，取樣電壓和預(yù)期電壓送入PID電路ll，如果取樣電壓和預(yù)期電壓 不同，PID電路11輸出經(jīng)過限幅電路12限幅后改變結(jié)型場效應(yīng)管JFET 8， 7, 6，…，5的電 阻值，這些電阻值控制相應(yīng)放大電路1， 2， 3，， n的放大倍數(shù)，直到取樣電壓和預(yù)期電壓 相同時，PID電路11輸出不改變結(jié)型場效應(yīng)管JFET 8，7，6，…，5的電阻值，各級放大電 路的放大倍數(shù)保持不變，輸出信號OUT穩(wěn)定于預(yù)期電壓值。
下面結(jié)合圖3說明具體電路構(gòu)成和原理。
所述的每一級放大電路中都包括一個運算放大器，所述的n個運算放大器為相同結(jié) 構(gòu)，每一個運算放大器的同相輸入端和反相輸入端各連接一個結(jié)型場效應(yīng)管的漏極，各 結(jié)型場效應(yīng)管的源極接地，其中，運算放大器反相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極連接限幅電路12的輸出端，運算放大器同相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極接地。 首先說明一級放大電路1的工作原理，超聲換能器接收到超聲回聲信號IN是一級放 大電路1的輸入電壓K，若此時控制電壓為K， 一級放大電路1的輸出電壓為^。輸入 電壓^通過電容C3隔直后，再通過兩個電阻R5和R6的分壓作用，將結(jié)型場效應(yīng)管Q1， Q2的漏-源電壓f^降至0.3V以下，K控制運算放大器U1 (型號為NE5532)反相端的結(jié) 型場效應(yīng)管Ql (JFET8)的柵-源電壓rra ，也就是控制了結(jié)型場效應(yīng)管Ql (JFET8)的漏-源 電阻/ 。5，進而控制運算放大器U1的放大倍數(shù)來控制一級放大電路1的輸出電壓^。具 體解釋如下
當^<^《0， ^時，結(jié)型場效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)。
/0=&(2(^—r,DS—r。s2) (1)
V》/ ② 其中，F(xiàn)p為夾斷電壓，/^為飽和漏電流。 當結(jié)型場效應(yīng)管的漏-源電壓很小時，式(1)可近似為
l
/0 2&d&)
(3)
(4)
W為結(jié)型場效應(yīng)管的漏-源電阻。
可見，只要改變結(jié)型場效應(yīng)管的柵-源電壓^就能改變結(jié)型場效應(yīng)管的漏-源電阻的
大小
一級放大電路1中放大器輸入與輸出的關(guān)系為
W6 +尺
'Q2
1 1 1
——+--1"一
/ 5 & M
蘭
'5
(5)
當/ 5》
^時，
尺
22
/ 1
當朋》/^2時，
(6)
(7)
其中，^,和^2分別是結(jié)型場效應(yīng)管Ql和Q2的漏-源電阻。/fe2wi// 6/ el為同相輸入 端的放大倍數(shù)，i l/W5為反相輸入端的放大倍數(shù)。因為結(jié)型場效應(yīng)管Ql (JFET8)的漏-源電壓^很小，/ 2,的值可認為不受其漏-源電壓&5的影響，所以柵-源電壓p;(控制電 壓)控制/ 0的值，即控制放大器的倍數(shù)。
運算放大器Ul同相端的結(jié)型場效應(yīng)管Q2的作用是配合運算放大器Ul反相端的結(jié)型場效應(yīng)管Q1使其線性電阻區(qū)盡可能大，擴展結(jié)型場效應(yīng)管Q1的輸入電阻&,的動態(tài)范圍， 即擴展結(jié)型場效應(yīng)管Q1的輸入電壓^,的動態(tài)范圍。具體解釋如下-
由于一級放大電路1的"+"端"-"端相當于虛短，即其"+"端"-"端的電壓基 本相等，所以當超聲回聲信號G的幅值變大時，結(jié)型場效應(yīng)管Q1的漏-源電壓r。/變化不 大，這樣保證了結(jié)型場效應(yīng)管Q1工作在可變電阻區(qū)的條件，同時擴大了結(jié)型場效應(yīng)管Q1 的漏-源電壓Fw端電壓的動態(tài)范圍。具體解釋如下當超聲回聲信號^增大時，結(jié)型場
效應(yīng)管Ql的p^端電壓增大，結(jié)型場效應(yīng)管Q2的&,端電壓也增大，由于結(jié)型場效應(yīng)管 Q2的rM =0，此時結(jié)型場效應(yīng)管Q2的漏極電流/2。也隨之增大(因為結(jié)型場效應(yīng)管Ql的^ 為負壓，所以結(jié)型場效應(yīng)管Q2的漏極電流/^增加的速度比結(jié)型場效應(yīng)管Q1的漏極電流 /,d要大得多)，從而導(dǎo)致電阻R6兩端的電壓降也隨之增大，又有「 = ^-^x/^，所以K 幾乎維持不變。由于運算放大器U1的"虛短"特點，r = ^，故結(jié)型場效應(yīng)管Ql的f^端 電壓維持在小范圍，仍能滿足可變電阻區(qū)的工作條件，這樣就大大擴展了輸入電阻電壓 的動態(tài)范圍。
二級放大電路2的工作原理與一級放大電路1類似，一級放大電路1的輸出電壓^通 過電容C6和電阻R7濾波后，再通過兩個電阻R8和R9的分壓作用，將結(jié)型場效應(yīng)管Q3， Q4的漏-源電壓rw降至0.3V以下，^控制運算放大器U2 (型號NE5532)反相端的結(jié)型 場效應(yīng)管Q4(JFET7)的柵-源電壓&,，也就是控制了結(jié)型場效應(yīng)管Q4(JFET7)的漏-源電 阻~ ，進而控制運算放大器U2的放大倍數(shù)來控制二級放大電路2的輸出電壓r2 。
三級放大電路3的工作原理與二級放大電路2類似，二級放大電路2的輸出電壓^通 過電容C7和電阻R11濾波后，再通過兩個電阻R12和R13的分壓作用，將結(jié)型場效應(yīng)管 Q5， Q6的漏-源電壓^^降至0.3V以下，^控制運算放大器U3 (型號NE5532)反相端的 結(jié)型場效應(yīng)管Q5 (JFET6)的柵-源電壓rra ，也就是控制了結(jié)型場效應(yīng)管Q5 (JFET6)的漏-源電阻^ ，進而控制運算放大器U3的放大倍數(shù)來控制三級放大電路3的輸出電壓^ 。
四級放大電路4的工作原理與三級放大電路3類似，三級放大電路3的輸出電壓K通 過電容C9和電阻R14濾波后，再通過兩個電阻R15和R16的分壓作用，將結(jié)型場效應(yīng)管 Q7， Q8的漏-源電壓^降至0.3V以下，^控制運算放大器U4 (型號NE5532)反相端的 結(jié)型場效應(yīng)管Q8(JFET5)的柵-源電壓^,，也就是控制了結(jié)型場效應(yīng)管Q4(JFET5)的漏-源電阻^,進而控制運算放大器U4的放大倍數(shù)來控制四級放大電路4的輸出電壓r。。
本電路以四級放大電路為例(可以推廣到n級放大)，四級放大電路具有相同的自 增益放大倍數(shù)，通過實驗測得每級放大倍數(shù)約為12倍，總的放大倍數(shù)約20736倍。
所述的取樣電路9包括有將輸入的交流信號電壓r。整流濾波成直流信號電壓^的全 波整流電路，所述的交流信號電壓K。與直流信號電壓^幅度成正比。
取樣電路9將多級放大器輸出信號經(jīng)過電容Cll隔直的信號r。，通過由運算放大器U5 (型號NE5532) ， 二極管D2和D3組成的全波整流電路整流濾波成直流信號^ ，且直 流電壓K幅度與交流信號電壓F。幅度成正比，這個直流電壓K作為系統(tǒng)的輸出反饋信號， 輸入到PID電路11，調(diào)節(jié)電位器R36可以改變反饋電壓的大小。
所述的給定電路10包括有并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準芯片D(型號為TL431)和由電阻R27、 R29和R34組成的外圍電路，以及與并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準芯片D的陰、陽極連接的電位器 R35,所述電位器R35的可調(diào)端連接PID電路11。
為了使得給定電壓穩(wěn)定，本發(fā)明的給定電路10采用高精度的穩(wěn)壓基準芯片TL431構(gòu) 成并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，再通過電阻R35分壓成電路所需要的給定電壓^后送入PID電路ll。
所述的PID電路11包括有接收取樣電路9的反饋信號電壓^和給定電路10的給定 信號電壓^并計算出偏差電壓^的加法器U6，以及接收偏差電壓^的PID調(diào)節(jié)器。
反饋電壓^ (負值)和給定電壓^ (正值)送入加法器U6 (型號NE5532)計算出偏 差電壓^ (Ff=K+&)，此偏差電壓送入由電容C14，電阻R21， R19，電容C12及運算 放大器U7 (型號NE5532)構(gòu)成的PID調(diào)節(jié)器中，則PID電路ll的輸出電壓為V。具體解 釋如下
尺21 + ZC14
Z2 =《9 + ZC12
丄
—=(《9 +々12 )("21 + Zci4 )
《9 +
/ 21 +
(8)
(9)
(10)
及21
1
《
則:
W19 +
及21 +
乂
(11)
輸入輸出關(guān)系式:
《9 , C14
(12)
PID電路11的輸出電壓經(jīng)過由二極管D1構(gòu)成的限幅電路12后輸出電壓^送入結(jié)型 場效應(yīng)管8、 7、 6、 5的柵極控制其柵-源電壓，進而控制四級放大電路l， 2， 3， 4的放 大倍數(shù)，整個系統(tǒng)組成一個由PID控制器調(diào)節(jié)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，其特征在于，包括有依次串聯(lián)連接的n級放大電路(1、2、3、…4)，每一級放大電路上分別對應(yīng)連接結(jié)型場效應(yīng)管(8、7、6、…5)，所述的第一級放大電路(1)的輸入端連接輸入信號(IN)，所述的第n級放大電路(4)的輸出構(gòu)成輸出信號(OUT)，所述的輸出信號(OUT)還通過依次串聯(lián)連接的取樣電路(9)、PID電路(11)和限幅電路(12)后，分別連接各結(jié)型場效應(yīng)管(8、7、6、…5)，所述的PID電路(11)的信號輸入端還連接給定電路(10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，其特征在 于，所述的每一級放大電路中都包括一個運算放大器，所述的n個運算放大器為相同結(jié) 構(gòu)，每一個運算放大器的同相輸入端和反相輸入端各連接一個結(jié)型場效應(yīng)管的漏極，各 結(jié)型場效應(yīng)管的源極接地，其中，運算放大器反相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極 連接限幅電路(12)的輸出端，運算放大器同相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極接 地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，其特征在 于，所述的取樣電路(9)包括有將輸入的交流信號電壓(r。)整流濾波成直流信號電壓(K)的全波整流電路，所述的交流信號電壓(r。)與直流信號電壓(K)幅度成正比。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，其特征在 于，所述的給定電路(10)包括有三端穩(wěn)壓基準芯片(D)和由電阻(R27、 R29、 R34) 組成的外圍電路，以及與三端穩(wěn)壓基準芯片(D)陰、陽極連接的電位器(R35)，所述 電位器(R35)的可調(diào)端連接PID電路(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，其特征在 于，所述的PID電路(11)包括有接收取樣電路(9)的反饋信號電壓(^)和給定電路(10)的給定信號電壓(^)并計算出偏差電壓(K)的加法器(U6)，以及接收偏差 電壓(K)的PID調(diào)節(jié)器。
全文摘要
一種超聲測距用多級高動態(tài)范圍自動增益控制電路，有依次串聯(lián)連接的n級放大電路，第一級的輸入端連接輸入信號，第n級的輸出構(gòu)成輸出信號，輸出信號還通過依次串聯(lián)連接的取樣電路、PID電路和限幅電路后，分別連接各結(jié)型場效應(yīng)管，PID電路的信號輸入端還連接給定電路。每一級放大電路中包括一個運算放大器，各運算放大器的同相輸入端和反相輸入端各連接一個結(jié)型場效應(yīng)管的漏極，各結(jié)型場效應(yīng)管的源極接地，運算放大器反相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極連接限幅電路的輸出端，運算放大器同相輸入端所連接的結(jié)型場效應(yīng)管的柵極接地。本發(fā)明無論放大倍數(shù)的規(guī)律如何，都能使其穩(wěn)定在設(shè)定值。且采用多級放大提高動態(tài)范圍，采用壓控電阻控制增益使其無級可調(diào)。
文檔編號H03G3/20GK101557204SQ20091006898
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者姚振靜, 孟慶浩, 李根旺, 圃 林 申請人:天津大學