多路負(fù)反饋二階帶通濾波電路及其Multisim仿真驗(yàn)證

引 言

隨著科技的進(jìn)步，無損檢測(cè)技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于實(shí) 際生產(chǎn)和生活中。而超聲波技術(shù)是無損檢測(cè)技術(shù)中極具優(yōu)勢(shì)的 一種，因?yàn)槌暡ň哂卸ㄏ蛐院谩⒛芰考?，在傳輸過程中衰 減較小，反射能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，不受光線、被測(cè)物顏色等的影響， 在惡劣環(huán)境下具有一定的適應(yīng)能力。本文設(shè)計(jì)了一款超聲波信 號(hào)處理濾波電路，該電路主要應(yīng)用于 1～2 MHz 超聲波信號(hào) 處理，并利用 Multisim 軟件對(duì)電路特性進(jìn)行了仿真。

1 濾波電路原理圖設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果

1.1 濾波電路設(shè)計(jì)

多路負(fù)反饋二階有源帶通濾波器使用單個(gè)通用運(yùn)算放大 器（通用運(yùn)放）接成單電源供電模式，易于實(shí)現(xiàn)，濾波電路如 圖 1 所示。

該電路的上限截止頻率和下限截止頻率可以非常近，具 有很強(qiáng)的頻率選擇性。

令 C1=C2=C，Req 是 R1 和 R2 并聯(lián)的值。品質(zhì)因數(shù) Q 等于 中心頻率除以帶寬 ：

Q=fc/BW （1）

由式（1）可以看出，通過使 R3 的值遠(yuǎn)大于 Req 來獲得較 大的 Q 值。Q 值越大，頻率選擇性越好，帶寬越?。环粗嗳?。

令中心頻率為 fc，計(jì)算公式如下：

中心角頻率 ：

1.2 電路仿真結(jié)果

本文所設(shè)計(jì)的帶通濾波電路可以通過的頻率范圍為 550 kHz～2.2 MHz，其中在 f=1.1 MHz 時(shí)增益最大，可達(dá)到 25 dB 左右，而對(duì)此頻率范圍外的其他信號(hào)抑制都較為明顯。 由于在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和工作中，水下超聲和管道超聲波應(yīng)用的頻率 范圍大多為 1～2 MHz，因此該電路非常適合于水下超聲和管 道超聲信號(hào)的濾波。

帶通濾波電路波特圖如圖 2 所示。 帶通濾波電路對(duì) 1 MHz 信號(hào)的濾波效果如圖 3 所示，帶 有三角標(biāo)號(hào)的為電路的輸出信號(hào)，另一信號(hào)為電路的輸入信號(hào)。 圖中下方為示波器的相關(guān)參數(shù)。由圖可知，輸入信號(hào)幅值范 圍為±200 mV，輸出信號(hào)幅值范圍為±1.98 V，增益大致為 20 dB，與波特圖的相關(guān)結(jié)果較為吻合。

2 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的超聲波濾波電路具有非常窄的帶寬，在 550 kHz～2.2 MHz 頻率范圍內(nèi)的增益較為明顯。文中對(duì)電路進(jìn)行了理論分析和計(jì)算，利用 Multisim 軟件進(jìn)行仿真，并通 過仿真結(jié)果驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的合理性。此外，該電路可很好 地應(yīng)用于水下超聲和管道超聲波測(cè)量中，對(duì)水下超聲和管道 超聲波信號(hào)的處理具有很大的益處。