实验四-有源滤波器

实验四有源滤波器一、实验目的1、了解有源滤波器的种类、基本结构、工作原理及其特性。2、学会测量有源滤波器的幅频特性。二、仪器设备1、Dais－XTB信号与系统实验仪。一台2、双踪示波器一台3、函数发生器一台三、实验原理有源滤波器具有体积小、性能好、调整方便等优点，在信号处理方面得到了广泛的应用。通常高阶的有源滤波器都可由一阶和二阶的滤波器串联而成，其中一阶滤波器只需一只电阻和一只电容构成一级RC无源网络即可。本实验研究二阶RC有源滤波器的有关问题。1．二阶低通有源滤波器二阶低通有源滤波器的实验电路如图2－7－1（a）所示。图中将接地端改接到输出端是为了改善附近的滤波器性能。因为在且接近1的范围内，和相位差小于，起正反馈作用，因而有利于提高这段范围内的输出幅度，而在频带外即时，和基本相同，起促进带外衰减的作用。当时，该滤波器电路的传递函数为截止频率为品质因数为通带增益为。该电路的优点是改变电阻R即可改变截止角频率而不影响品质因数Q，因此，调整时应先调或，使Q满足要求，然后通过调节电阻R将调准确。（a）有源低通滤波器（b）有源高通滤波器（c）有源带通滤波器（d）有源带阻滤波器图2－7－1各种滤波器的实验线路图2.二阶高通有源滤波器只要将低通有源滤波器电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成有源高通滤波器，如图2－7－1（b）所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜像”关系。当时，它的传递函数为则有，，。该电路的优点是改变电容C（或），就可以改变其截止频率而不影响品质因数Q。因此，调整时应先改变电阻，使Q满足要求，然后再调C将调准确。3．二阶带通有源滤波器这种滤波器电路的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号都被阻断。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波电路中将其中一级改为高通而成，如图2－7－1（c）所示。二阶带通有源滤波器的传递函数可以自行推导，这里不再给出。该电路的优点是改变反相端和的比值，就可以调整其带宽，而不影响中心频率。4．二阶带阻有源滤波器这种电路的性能与带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减），而在其余频率范围，信号则能顺利通过，常用于抗干扰设备中。二阶带阻有源滤波器电路如图2－7－1（d）所示。当，时，它的传递函数为式中，由上式可得中心频率为：品质因数为：该电路的特点是：当调整使之接近时，陷波作用显得明显，只要保持的条件，调整比值，就可以控制输出幅度及Q值，而改变R（或C）即可调整中心频率，两者之间互不影响。四、预习要求1、对教材的相关内容和实验原理、目的与要求、步骤和方法作充分的预习。2、推导有源带阻滤波器的传递函数，并画出该滤波器的幅频特性曲线。3、在方波激励下，预测各类滤波器的响应情况。五、实验内容及步骤1、滤波器的输入端接正弦信号发生器，滤波器的输出端接示波器或交流数字毫伏表。2、测试有源低通滤波器的幅频特性。实验时，必须在保持正弦信号输入电压幅值不变的情况下，逐渐改变其频率，用实验箱提供的数字式有效值交流电压表（10Hz<f<1MHz），测量滤波器输出端电压的幅值，并把所测的数据记录表2-7-1。注意每当改变信号源频率时，都必须观测输入信号使之保持不变。实验时应接入双踪示波器，分别观测输入和输出的波形（注意：在整个实验过程中应保持恒定不变）。取R＝1K、C＝0.01uF、放大系数K＝1。表2－7－1RC有源低通滤器幅频特性测试数据f(Hz)(rad/s)(Hz)(V)(V)3、分别测试有源HPF、BPF、BEF的幅频特性。实验步骤、数据记录表格及实验内容，自行拟定。4、研究各滤波器对方波信号或其它非正弦信号输入的响应（实验步骤自拟、选做）。六、注意事项1、在实验测量过程中，必须始终保持正弦波信号源的输出（即滤波器的输入）电压幅值不变，且输入信号幅度不宜过大。2、输出端不可短路，以免损坏运算放大器。七、实验报告1、根据实验测量所得的数据，绘制各类滤波器的幅频特性。2、分析各类有源滤波器的滤波特性。3、分析在方波信号激励下，滤波器的响应情况。（不做要求）4、推导4组有源滤波器传递函数，用Multisim