基于Multisim的滤波放大器设计及在回声仪中的应用

滤波放大器的设计是回声仪的关键，回声仪的测试效果很大程度上取决于所选用滤波放大器的滤波性能。随着软件仿真技术的发展，系统设计已与软件仿真技术紧密的结合在一起。主要介绍了基于Multisim仿真软件的滤波放大器设计及在回声仪中的应用。

Multisim 回声仪 滤波放大器 传递函数 幅频特性 相频特性

1 引言

回声法一直以来都是油田测试套管环空液面深度的主要方法，贵州航天凯山石油仪器有限公司自主研制生产的CJ系列回声测试仪一直以来以优秀的液面测试性能，在市场上具有良好的口碑。而滤波放大器滤波性能的优劣直接决定了液面曲线的测试效果，滤波放大器任何一个参数的微小变化均会影响到仪器的测试效果。由于受到条件限制，回声仪最初的滤波板设计首先要经过较复杂、繁琐的理论计算，推算出滤波放大器的传递函数和幅频特性。为了达到较好的测试效果，在调试阶段还要手动对滤波放大器中的各参数进行调整，不仅工作量大，而且工作效率较低。基于Multisim的滤波放大器仿真设计不仅能较好的解决以上问题，有效缩短的研制周期，还能较好的达到预期的测试效果。

2 系统原理及要求

井口连接器击发装置发声后，所产生声波沿套管传播，遇到节箍或液面等障碍物后形成反射波，微音器接收反射波，并将声能转换成电信号，传输给滤波放大器进行滤波放大处理。

由于滤波放大器的滤波效果直接影响到回声仪的性能，所以对滤波放大器两通道的中心频率、截止频率及幅频特性均有较高要求。根据具体使用要求，液面波主要为低频波，信号幅度根据液面的深浅变化较大，需要对滤波放大器进行增益选择。这就要求滤波放大器A通道中心频率较低，且具有增益选择功能。节箍波频率较液面波频率高，信号较弱，且衰减快，这就要求滤波放大器B通道中心频率较A通道偏高，并具备自动增益控制功能。为了有效抑制高频杂波，还要求B通道信号高频衰减稍快。

3 电路设计与仿真

Multisim软件内部元件库提供丰富的虚拟电子元件，有某个特定元件所对应的虚拟元件，也有某一类元件的理想虚拟元件。为了更好的对电路进行分析，在设计仿真的过程中还能对所选用虚拟元件的参数进行选择调整。其最大的特点是提供了功能强大的虚拟仪器仪表，如虚拟万用表、函数信号发生器、示波器、波特图示仪等。通过Multisim软件对整个系统进行了设计仿真，主要通过波特图示仪提取了系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。具体仿真结果如下：

图1 A通道频率特性曲线及相频特性曲线

图2 B通道频率特性曲线及相频特性曲线

为验证Multisim仿真结果的可靠性，使用SCK-1幅频特性测试仪对系统幅频特性进行测试，测试值与Multisim仿真结果非常接近，单点增益最大相差不超过2dB。经验证说明，仿真结果真实可靠，与真实值基本一致。

4 结束语

通过使用Multisim软件对系统中的局部电路做原理性验证，不仅省去了设计初期繁琐的计算和推理过程，能更加准确、快捷的确定系统中某个元件的参数，还能简化系统的调试过程，有效的缩短了系统的开发周期。

本文较详细的介绍了如何将Multisim仿真软件成功的应用在井深测试仪的滤波放大器设计中，目前该系统在回声仪中使用情况良好。需要说明的是，在现实系统中由于受到电磁兼容性、环境温度等客观条件的影响，仿真结果可能会与真实测试值稍有出入，所以该软件的仿真结果仅能做原理性验证。系统的真实情况还需在真实环境下进行进一步测试和验证。

参考文献:

[1]杨欣，王玉凤，刘湘黔.电路设计与仿真.清华大学出版社，2006.

[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）.高等教育出版社，2006.