实验八-有源滤波器的设计与调试

1、实验八实验八 有源滤波器的设计与调试有源滤波器的设计与调试 一、实验目的一、实验目的1 1进一步理解有源滤波器的工作原理进一步理解有源滤波器的工作原理; ;2 2学习几种有源滤波器的设计方法学习几种有源滤波器的设计方法; ;3. 3. 学习几种有源滤波器的调测方法和步骤。学习几种有源滤波器的调测方法和步骤。二、实验原理二、实验原理 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： 无源滤波器无源滤波器: : 由电感由电感L L、电容、电容C C及电阻及电

2、阻R R等无源元件组成等无源元件组成 有源滤波器有源滤波器: : 一般由集成运放与一般由集成运放与RCRC网络构成，它具有体积小、性能网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而噪比或选频的目的，因而有源滤波器有源滤

3、波器被广泛应用于被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。通信、测量及控制技术中的小信号处理。从功能来上有源滤波器分为：从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（低通滤波器（LPFLPF）、高通滤波器（）、高通滤波器（HPFHPF）、）、 带通滤波器（带通滤波器（BPFBPF）、带阻滤波器（）、带阻滤波器（BEFBEF）、）、 全通滤波器（全通滤波器（APFAPF）。）。其中前四种滤波器间互有联系，其中前四种滤波器间互有联系，LPFLPF与与HPFHPF间互为对偶关系。间互为对偶关系。当当LPFLPF的通带截止频率高于的通带截止频率高于HPFHPF的通带截止频率时，将的通带截止频率时，将L

4、PFLPF与与HPFHPF相串联，就构成了相串联，就构成了BPFBPF，而，而LPFLPF与与HPFHPF并联，就构成并联，就构成BEFBEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVPAVP、通、通带截止频率带截止频率f fP P及阻尼系数及阻尼系数Q Q等。等。 本实验介绍二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤本实验介绍二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器的一般设计与调试。波器的一般设计与调试。（1 1）二阶有源低通滤波器（二阶压控电压源

5、）二阶有源低通滤波器（二阶压控电压源LPFLPF） 低通滤波器的特点是使低频信号（或直流成分通低通滤波器的特点是使低频信号（或直流成分通过、抑制或衰减高频信号，主要用于削弱高次谐波或过、抑制或衰减高频信号，主要用于削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声信号，例如整流电路中的滤波频率较高的干扰和噪声信号，例如整流电路中的滤波电路。该滤波器有如下的关系式：电路。该滤波器有如下的关系式： 通带电压放大倍数：通带电压放大倍数： 通带截止频率：通带截止频率：fFVPRRA1212121CCRRfP 典型的二阶有源低通滤波器电路如图典型的二阶有源低通滤波器电路如图8-1(a)8-1(a)所示：所示： 电路的选

6、频特性基本上取决于电路的选频特性基本上取决于RCRC网络，电路还兼有同相放大网络，电路还兼有同相放大功能，调节功能，调节R RF F、R Rf f即可调节电路增益。由于运算放大器在同相工即可调节电路增益。由于运算放大器在同相工作时输入端有较高的共模电压，故应选用共模输入电压较高的作时输入端有较高的共模电压，故应选用共模输入电压较高的运算放大器。运算放大器。10k10k0.1u0.1u10k10k 该电路特点是在组件前加了二阶该电路特点是在组件前加了二阶RCRC低通网低通网络，在阻带区能提供络，在阻带区能提供 -40dB/-40dB/十倍频程的衰十倍频程的衰减，其幅频特性如图减，其幅频特性如图8

7、-1(b)8-1(b)所示：所示： (a) (a) 电路电路 (b) (b) 幅频特性幅频特性 图图8-1 8-1 二阶有源低通滤波器电路及其幅频特性二阶有源低通滤波器电路及其幅频特性 （2 2）二阶有源高通滤波器（二阶压控电压源）二阶有源高通滤波器（二阶压控电压源HPFHPF） 高通滤波器用于通过高频信号，抑制或衰减低频信号高通滤波器用于通过高频信号，抑制或衰减低频信号（或直流成分）。（或直流成分）。 将图将图8-1(a)8-1(a)中的中的R R与与C C互换，即成为二阶有源高通滤波互换，即成为二阶有源高通滤波器电路，如图器电路，如图8-2(a)8-2(a)所示。所示。 它能在阻带区提供它

8、能在阻带区提供40dB/40dB/十倍频程的正斜率，其幅频特十倍频程的正斜率，其幅频特性如图性如图8-2(b)8-2(b)所示。在二阶有源高通滤波器中，有如下所示。在二阶有源高通滤波器中，有如下关系式：关系式：通常取通常取C C1 1 = C = C2 2 = C,= C,通带放大倍数：通带放大倍数：通带截止频率：通带截止频率：fFVPRRA12121RRCfP图图8-2 8-2 二阶有源高通滤波器电路（二阶有源高通滤波器电路（a a）及其幅频特性）及其幅频特性(b)(b)10k10k10k10k0.1u0.1u 实验内容及步骤：实验内容及步骤： 1.首先将放大器调零首先将放大器调零; ; 2

9、.按试验电路图接线路按试验电路图接线路, ,注意以下几点注意以下几点: :模拟电路实验箱的用法模拟电路实验箱的用法 双电源的连接：双电源的连接： 电路元件的连接：电路元件的连接： 电路的输入：电路的输入： 电路的输出：电路的输出：三、实验内容及步骤三、实验内容及步骤1 1按预习要求中的（按预习要求中的（3 3）或（）或（4 4）项中的设计数据画）项中的设计数据画出实验电路图。出实验电路图。2 2按照所设计的实验电路图在实验箱上进行接插。按照所设计的实验电路图在实验箱上进行接插。按要求连接正、负电源，并用数字式万用表调节按要求连接正、负电源，并用数字式万用表调节Vcc=Vcc=12V12V。3

10、3接通电源，使输入端接通电源，使输入端Vi=0Vi=0（对地短路），调节（对地短路），调节R RP P，对运放进行调零（对运放进行调零（Vo=0Vo=0）。）。4 4送入送入V Vi i=1V=1V的交流正弦信号，在的交流正弦信号，在20Hz20Hz200kHz200kHz范围内改变信号源频率。范围内改变信号源频率。 用示波器监视输出波形，用交流毫伏表测用示波器监视输出波形，用交流毫伏表测量输出电压量输出电压Vo(Vo(注意：在注意：在fofo附近多测一些点，附近多测一些点，改变信号源频率时要保持改变信号源频率时要保持ViVi不变不变) )。观察电路。观察电路是否具有高通特性或低通特性，并记录

11、相应的是否具有高通特性或低通特性，并记录相应的频率及输出电压幅值。以次绘制出电路的幅频频率及输出电压幅值。以次绘制出电路的幅频特性。特性。测出的数据请填入以下表格：表测出的数据请填入以下表格：表8-18-1和表和表8-28-2 表表8-1 8-1 低通滤波器幅频特性数据低通滤波器幅频特性数据ViVi（v v）f f（HzHz）5 5101030306060100100150150200200250250300300350350400400500500V VO O（v v）表表8-2 8-2 高通滤波器幅频特性数据高通滤波器幅频特性数据ViVi（v v）f f（HzHz）102050100120150180200250300350400V VO O（v v）5 5参照上述实验原理和步骤