3实验三 有源无源滤波器_电子/电路_工程科技_专业资料。实验三有源无源滤波器 一、实验目的 1. 熟悉滤波器的构成及其特性； 2. 学会测量滤波器幅频特性的方法。 二、实验原理说明 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
实验三有源无源滤波器 一、实验目的 1. 熟悉滤波器的构成及其特性； 2. 学会测量滤波器幅频特性的方法。 二、实验原理说明 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。工程上常用它作信号处理、数据传送和抑制干扰等。这里主要是讨论模拟 滤波器。以往这种滤波电路主要采用无源元件 R 、 L 和 C 组成， 60 年代以来，集成运 放获得了迅速发展，由它和 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， 由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高， 输出阻抗又低， 构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 但是， 集成运放的带宽有限， 所以目前有源滤波电路工作频率难以做得很高，这是它的不足之处。 基本概念及初步定义 1. 初步定义 滤波电路的一般结构如图 3 — 1 所示。图中的 v1 (t ) 表示输入信号， v0 (t ) 为输出信 号。 假设滤波器是一个线形时不变网络，则在复频域内有 A （ s ）＝ Vo(s)/Vi(s) V i(t) 滤波电路 V 0 (t) 图 3-1 滤波电路的一般结构图 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=j ω ） 则有 A （ j ω ）＝│ A （ j ω ）│ ej φ ( ω ) 这里│ A （ j ω ）│为传递函数的模， φ ( ω ) 为其相位角。 此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延 τ （ ω ） ，它定义为 3-1 τ （ ω ）＝ - d? (? ) (s) d? 3-2 通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小， 则相位和时延响应亦需考虑。当相位响应 φ ( ω ) 作线性变化，即时延响应 τ （ ω ）为 常数时，输出信号才可能避免失线. 滤波电路的分类 对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的 信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率称为截止频率。 理想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，而在阻带内 应具有无限大的幅度衰减（│ A （ j ω ）│＝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： 低通滤波电路：其幅频响应如图 3-2 （ a ）所示，图中 A ０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 ? H 的低频信号，而对 大于 ? H 的所有频率完全衰减，因此其带宽 BW ＝ ? H 。 高通滤波电路：其幅频响应如图 3-2（ b ）所示，由图可以看到，在 0 ＜ ω ＜ ? L 范 围内的频率为阻带，高于 ? L 的频率为通带。从理论上来说，它的带宽 BW ＝∞，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 3-2（ c ）所示，图中 ? L 为低边截止角频率，? H 高边截止角频率， 由图可知， 它有两个阻带： 0＜ ω ＜ ? L 和 ω ＞ ? H ， ? 0 为中心角频率。 因此带宽 BW ＝ ? H － ? L 。 带阻滤波电路：其幅频响应如图 3-2（ d ）所示，由图可知，它有两个通带：在 0 ＜ ω ＜ ? H 和 ω ＞ ? L ，和一个阻带： ? H ＜ ω ＜ ? L 。因此它的功能是衰减 ? L 到 ? H 间的信号。同高通滤波电路相似，由于受有源器件带宽的限制，通带 ω ＞ ? L 也是有 限的。 带阻滤波电路抑制频带中点所在角频率 ? 0 也叫中心角频率。 图 3-2 各种滤波电路的幅频响应 （ b ）高通滤波电路 (HPF) （ d ）带阻滤波电路 (BEF) （ a ）低通滤波电路 (LPF) （ c ）带通滤波电路 (BPF) 三、实验内容 实验中的输入信号幅度均为 1V 的正弦波，起始频率为 100Hz。 信号源调节步骤： ① 将 J702 置于“正弦”位置上，拨动开关 K701 选择“函数” ； ② 连接 P702 和 P101 将输出信号送至毫伏表显示； ③ 调节电位器 W701 使输出幅度为 1V 。 1. 测量低通滤波器的频响特性 图示 3-3 （ a ）为无源低通滤波器。图 3-3 （ b ）为有源低通滤波器。 图 3-3（a）无源低通滤波器 图 3-3（b）有源低通滤波器 （ 1 ）逐点测量法 ① 信号发生器产生正弦波，连接 P702 与 P401 （低通无源） ，保持信号发生器 输入幅度不变。 ② 按下 S701 改变输入信号频率，并测量其 TP401 的电压有效值。 ③ 并将数据填入表 3-1 （ a ）中。 ④ 连接 P702 与 P402 （低通有源） 。 ⑤ 按下 S701 改变输入信号频率，并测量其 TP402 的电压有效值。 ⑥ 将数据填入表 3-1 （ b ）中 （ 2 ）扫频法测量 利用扫频仪测量其幅频响应及截止频率。 表 3-1 （ a ） Vi(V) f(Hz) Vo(V) 表 3-1 （ b ） Vi(V) f(Hz) Vo(V) 2. 测量高通滤波器的频响特性 图 3-4 （ a ）为高通无源滤波器；图 3-4 （ b ）为高通有源滤波器。 1 1 1 1 低通有源滤波器逐点测量法 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 低通无源滤波器逐点测量法 1 1 1 1 1 1 图 3-4（a）高通无源滤波器 图 3-4（b）高通有源滤波器 （ 1 ）逐点测量法 ① 信号发生器产生正弦波，连接 P702 与 P403（高通无源） ，保持信号发生器 输入幅度不变。 ② 分别按下 S701 和 S702 改变输入信号频率，并测量其 TP403 电压有效 值。 ③ 并将数据填入表 3-2 （ a ）中。 ④ 连接 P702 与 P404 （高通有源） 。 ⑤ 逐次改变信号发生器频率，并测量其 TP404 的电压有效值。 ⑥ 将数据填入表 3-2 （ b ）中 （ 2 ）扫频法测量 利用扫频仪测量滤波器的幅频响应及截止频率。 表 3-2 （ a ） Vi(V) f(Hz) Vo(V) 1 1 1 1 高通无源滤波器逐点测量法 1 1 1 1 1 1 表 3-2 （ b ） Vi(V) f(Hz) Vo(V) 1 1 1 1 高通有源滤波器逐点测量法 1 1 1 1 1 1 3. 测量带通滤波器的频响特性 图示 3-5 （ a ）为带通无源滤波器，图 3-5 （ b ）为带通有源滤波器。 图 3-5（a）带通无源滤波器 图 3-5（b）带通有源滤波器 （ 1 ）逐点测量其幅频响应 ① 信号发生器产生正弦波，连接 P702 与 P405（带通无源） ，保持信号发生器 输入幅度不变。 ② 连续按下 S701 改变输入信号频率，并测量其 TP405 的电压有效值。 ③ 并将数据填入表 3-3 （ a ）中。 ④ 连接 P702 与 P406 （带通有源） 。 ⑤ 连续按下 S701 改变输入信号频率，并测量其 TP406 的电压有效值。 ⑥ 将数据填入表 3-3 （ b ）中 （ 2 ）扫频法测量 利用扫频仪测量其幅频响应及截止频率。 表 3-3 （ a ） 带通无源滤波逐点测量法 Vi(V) f(Hz) Vo(V) 表 3-3 （ b ） 带通有源滤波逐点测量法 1 1 1 1 1 1 1 1 1 个 Vi (V ) f(Hz) Vo(V) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4. 测量带阻滤波器的频响特性 图示 3-6 （ a ）为带阻无源滤波器，图 3-6 （ b ）为带阻有源滤波器 图 3-6（a）带阻无源滤波器 图 3-6（b）带阻有源滤波器 （ 1 ）实测电路中心频率。 （ 2 ）测量幅频响应，并填入表 3-4 ① 信号发生器产生正弦波，连接 P702 与 P407 （带阻无源） ，保持信号发生器 输入幅度不变。 ② 连续按下 S701 改变输入信号频率，并测量其 TP407 的电压有效值。 ③ 并将数据填入表 3-4 （ a ）中。 ④ 连接 P702 与 P408 （带阻有源） 。 ⑤ 逐次改变信号发生器频率，并测量其 TP408 的电压有效值。 ⑥ 将数据填入表 3-4 （ b ）中 （ 3 ）扫频法测量 利用扫频仪测量带阻滤波器的幅频响应及截止频率。 表 3-4 （ a ） 带阻无源滤波逐点测量法 Vi(V) F(Hz) Vo(V) 表 3-4 （ b ） 带阻有源滤波逐点测量法 Vi(V) F(Hz) Vo(V) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 四、实验报告要求 整理实验数据，并根据测试所得的数据绘制各个滤波器的幅频响应曲线，对实验 结果进行必要的分析与总结。 五、实验设备 1. 双踪示波器 2. 信号与系统实验箱 3. 频率计 4. 扫频仪（可选） 1台 1台 1台 1台
