多路负反馈二阶带通滤波电路及其Multisim仿真验证

引 言

随着科技的进步，无损检测技术越来越多地被应用于实 际生产和生活中。而超声波技术是无损检测技术中极具优势的 一种，因为超声波具有定向性好、能量集中，在传输过程中衰 减较小，反射能力较强等特点，不受光线、被测物颜色等的影响， 在恶劣环境下具有一定的适应能力。本文设计了一款超声波信 号处理滤波电路，该电路主要应用于 1～2 MHz 超声波信号 处理，并利用 Multisim 软件对电路特性进行了仿真。

1 滤波电路原理图设计及仿真结果

1.1 滤波电路设计

多路负反馈二阶有源带通滤波器使用单个通用运算放大 器（通用运放）接成单电源供电模式，易于实现，滤波电路如 图 1 所示。

该电路的上限截止频率和下限截止频率可以非常近，具 有很强的频率选择性。

令 C1=C2=C，Req 是 R1 和 R2 并联的值。品质因数 Q 等于 中心频率除以带宽 ：

Q=fc/BW （1）

由式（1）可以看出，通过使 R3 的值远大于 Req 来获得较 大的 Q 值。Q 值越大，频率选择性越好，带宽越小；反之亦然。

令中心频率为 fc，计算公式如下：

中心角频率 ：

1.2 电路仿真结果

本文所设计的带通滤波电路可以通过的频率范围为 550 kHz～2.2 MHz，其中在 f=1.1 MHz 时增益最大，可达到 25 dB 左右，而对此频率范围外的其他信号抑制都较为明显。 由于在现实生产和工作中，水下超声和管道超声波应用的频率 范围大多为 1～2 MHz，因此该电路非常适合于水下超声和管 道超声信号的滤波。

带通滤波电路波特图如图 2 所示。 带通滤波电路对 1 MHz 信号的滤波效果如图 3 所示，带 有三角标号的为电路的输出信号，另一信号为电路的输入信号。 图中下方为示波器的相关参数。由图可知，输入信号幅值范 围为±200 mV，输出信号幅值范围为±1.98 V，增益大致为 20 dB，与波特图的相关结果较为吻合。

2 结 语

本文设计的超声波滤波电路具有非常窄的带宽，在 550 kHz～2.2 MHz 频率范围内的增益较为明显。文中对电路进行了理论分析和计算，利用 Multisim 软件进行仿真，并通 过仿真结果验证了电路设计的合理性。此外，该电路可很好 地应用于水下超声和管道超声波测量中，对水下超声和管道 超声波信号的处理具有很大的益处。