多路负反馈二阶带通滤波电路及其Multisim仿真验证

贾文水 王仁宝 郭立全

摘 要：文中设计了一种可应用于水下超声和管道超声波工作场合的超声波滤波电路。利用多重负反馈带通滤波电路的特性，使电路具备非常狭窄的带宽，并且在中心频率处拥有增益较高的信号。利用Multisim软件对电路的性能进行仿真验证，得出了较为理想的结果。

关键词：多重负反馈；狭窄的带宽；滤波；Multisim

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）01-00-01

0 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550kHz～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20dB，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550kHz～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。

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