4.2 带通滤波放大电路

带通滤波器是用高阻抗运算放大器(TL082)和RC阻容元件构成的放大器和有源带通滤波器。

二阶有源带通滤波器的传递函数为：

式中，ω0为带通滤波器的中心角频率，ω0=2πf0，(f0=8 kHz)；Q为品质因素；A为滤波器的增益。若BW为带宽，则有Q=f0／BW，滤波器的参数满足如下关系：

当所需带宽为BW=4 kHz，增益A=5，C1=C2时，则将已知数值代入上式，计算得：若C1=C2=681 pF，则R1=11.7 kΩ，R2=19.5 kΩ，Rf=117 kΩ。

末级放大电路是由普通的反向运算放大器和电阻元件构成。通过调节电位器来改变放大器的增益，使接收电路的输出幅值满足数据采集电路板NI6024的输入要求。

5 供电电源设计

在设计的参量阵收发电路中需要土175 V，±15 V，±5 V等电源。对于高压电源的设计，实验中采用推挽式稳压电源功率转换电路，具体电路如图6所示。

高压电源设计中，由NE555组成的电路提供脉冲信号，SN75372集成芯片是双通道与非门TTL／MOS专用接口电路，其中管脚2是两个与非门公用的使能输入端(高电平有效)，管脚1／7和管脚3／6分别是两个与非门的输入／输出端；管脚4是数字地；管脚8接5 V直流电源，管脚5接15 V直流电源。利用该接口电路，就可以直接用TTL电平来驱动MOSFET功率管。R4与R5构成分压电路，用来确定MOSFET功率管IRF520的栅源电压VGS，进而控制功率管导通时的漏极电流ID；RS是限流电阻，用于限制漏级电流ID的大小，它可以使功率管导通时的最大漏级电流IM基本恒定，避免功率管导通瞬间过大的电流冲击。该电路通过变压器输出后，将桥式整流电路变压器副边中点接地，再接上滤波电容，并且两个电容的中点接地，可以得到较高的正、负直流输出电压，满足实验中高压电源的需求。

另外，对于±15 V和±5 V电源，可以利用已有的24 V稳压电源，通过三端稳压集成电路模块78和79系列得到所需要的直流电压。

6 结 语

以上介绍了参量换能器的工作原理和收发电路的设计。对于实现参量阵差频信号的发射与接收，实际工作中还有两个需要注意的问题：

(1)实现声学参量阵，要求原波信号有较高的声源级，尤其在空气中由于非线性效应较弱，对声源级的要求也更高，这也增大发射器的功率。

(2)参量换能器的转换效率较低，一般很难超过1％。如何提高参量换能器的效率，仍是一个值得探索的研究课题。

下一步工作是在实验室中实现参量阵超声波的发射和声波的接收，并且在空气中和水下验证参量阵的性能指标，其中还要注意换能器在空气和水下的阻抗率匹配问题。