有源、无源滤波器实验报告

试验五有源、无源滤波器一、试验目的1、生疏滤波器构成及其特性。2、学会测量滤波器幅频特性的方法。二、试验仪器1、RIGOLDS10552D2、LTE-XH-03AS23、抽样定理及滤波器模块S3三、试验原理滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制(或大为衰减)无用频率信号的电子装置种滤波电路主要承受无源元件R、LC组成，60它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成做得很高，这是它的缺乏之处。根本概念及初步定义初步定义滤波电路的一般构造如下图，图中的𝑣𝑖(𝑡)表示输入信号，𝑣𝑜(𝑡)为输出信号。假设滤波器是一个线性时不变网络，则在复频域内有𝐴(s)=𝑣𝑖(𝑡)/𝑣𝑜(𝑡)𝑣𝑣𝑖(𝑡)滤波电路𝑣𝑜(𝑡)滤波器电路的一般构造式中𝐴(s) 是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。对于实际频率来说〔s=jω〕则有A(jω)=|A(jω)|𝑒𝑗𝜑(𝜔)这里|A(jω)|为传递函数的模，中𝜑(𝜔)为其相位角。类型传递函数备注低通𝐴(类型传递函数备注低通𝐴(s)=𝐴𝜔𝑠2+ 𝑠+𝜔2𝜔𝑉 𝑐𝑐𝑐𝐴𝑉——电压增益高通𝐴(s)=𝐴𝑠2𝜔——低通、高通滤波器的截止角频率𝑠2+ 𝑠+𝜔2𝑐𝑐𝑐𝜔——带堵塞、带阻滤波器的中心角频率0带通𝐴 𝜔𝐴(s)=𝑠2+𝜔𝑠+𝜔𝑉𝑄0𝑠𝑄——品质因数，𝑄≈𝜔/𝐵𝑊或𝑓/𝐵𝑊0002〔当𝐵𝑊≪𝜔时〕带阻𝐴(s)=𝐴(𝑠2+𝜔2)𝑉0𝐵𝑊——带通、带阻滤波器的带宽𝑠2+ 𝑠+𝜔𝜔0002此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延τ(ω)，它定义为τ(ω)=−𝑑𝜑(𝜔)(s)𝑑𝜔和时延响应亦需考虑。当相位响应中𝜑(𝜔)作线性变化，即时延响应𝜏(𝜔)为常数时，输出信号才可能避开失真。滤波电路的分类率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率𝑓𝑐。抱负滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应无限大的幅度衰减〔|A(jω)|=0〕。通常通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可分为以下几类:图各种滤波电路的幅频响应低通滤波电路(LPF)(c)带通滤波电路(BPF)

高通滤波电路(HPF)(d)带阻滤波电路(BPF)低通滤波电路:其幅频响应如图中a所示，图中𝐴0表示低频增益|𝐴|增益的幅值。由图可知，它的功能是通过从零到某一截止角频率𝜔𝐻的低频信号，而对大于𝜔𝐻的全部频率完全衰减，因此其带宽𝐵𝑊=𝜔𝐻高通滤波电路:b所示，由图可以看到，在0<ω<𝜔𝐿范围内的频率为阻带，高于𝜔𝐿BW=∞，但实际上，由于受有源器件带宽的限制，高通滤波电路的带宽也是有限的。带通滤波电路:其幅频响应如图中c所示，图中𝜔𝐿为低边截止角频率，𝜔𝐻高边截止角频率，ω0:0<ω<𝜔𝐿和ω>𝜔𝐻因此带宽BW=𝜔𝐻−𝜔𝐿。带阻滤波电路:d所示由图可知，它有两个通带:在0<ω<𝜔𝐿和ω>𝜔𝐿，和一个阻带:𝜔𝐻<ω<𝜔𝐿，因此它的功能是衰减𝜔𝐿到𝜔𝐻间的信号。同高通滤波电路相像ω>𝜔𝐿角频率𝜔0也叫中心角频率。本系统中某次试验所测滤波器的截止频率参考值如下:〔注由于元器件自身因素，会影响截止频率的精度。所以试验实测时允许误差〕无源低通滤波器20KHz;17KHz;14.5KHz;14.5KHz;无源带通FL=1.3KHzFH=18.5KHz;有源带通FL=24KHzFH=20.8KHz;无源带阻FL=4.1KHzFH=65.2kHz;有源带阻FL=6.5KH、FH=38KHz。四、试验步骤试验中信号源的输入信号均为V2:按下波形切换4指示灯亮，调整“模拟输出幅度调整”4V。〔一〕测量低通滤波器的频响特性1、逐点测量法①S2P2与(S3P1(低通无源)，保持输入信号幅度为4V不变。②渐渐转变输入信号频率，并用示波器观测TP2处信号波形的峰峰值。③将数据填入表(a)中。④连接(S2P2S3P5(低通有源)⑤渐渐转变输入信号频率，并用示波器观测TP6处信号波形的峰峰值。⑥将数据填入表(b)中2、扫频法测量①扫频法测量原理的信号频率，就可以知道滤波器的特性。②扫频信号设置方法扫频设置方法:S2S3拨至“0N”，按下“扫频设置”S5，此时“下限”指示灯亮，调整“ROL1”调整旋钮设置扫频下限频率：再次按下“扫频设置”按钮，“上限”指示灯亮，调整“ROL1”“扫频设置”按“区分率””ROL1”〔1〕当“区分率”指示灯亮的时扫频范围上方“上限”和“下限“管右方的“MHz”“H2”的指示灯会熄灭〔2〕调整“RO1”来设置“下限频率”和“上限频率”之间的频点数，一般而言，频点数越少，扫频速度越快：反之，扫频速度越慢。扫频参数设置好了之后，再按下“扫频设置”即可输出扫频信号。将扫频范围设置为100Hz~25KHz，把示波器连接到信号源上输出P2处〔示波器调为直流测试档，此时点2输出扫频信号。③S2P2输出的扫频信号输入到模块S3P1P5比照观看输入输出信号。表〔a〕低通无源滤波器逐点测法𝑉𝑖(V)4444 4 4 4444f(Hz)4k6k10k14k 18k 20k 22k25k28k30k𝑜截止频率43.803.523.14 2.84 2.70 2.5820KHz2.462.202.10表〔b