有源滤波器的设计与调试_设计/艺术_人文社科_专业资料。文档均来自网络,如有侵权请联系我删除文档
实验八 有源滤波器的设计与调试 一、实验目的 1．进一步理解有源滤波器的工作原理; 2．学习几种有源滤波器的设计方法; 3. 学习几种有源滤波器的调测方法和步骤。 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 号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ① 无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ② 有源滤波器: 一般由集成运放与RC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 很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲 作用。 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， 以达到提高信噪比或选频的目的，因而有 源滤波器被广泛应用于通信、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： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。 当 LPF 的通带截止频率高于 HPF 的通带截止频率时，将 LPF 与 HPF 相串联，就构成了 BPF ，而 LPF 与 HPF 并联，就构成 BEF 。 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 AVP 、通 带截止频率fP及阻尼系数Q等。 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。 （1）二阶有源低通滤波器（二阶压控电压源LPF） 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 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： ? 通带电压放大倍数： AVP ? 通带截止频率： RF ? 1? Rf 1 fP ? 2? R1 R2 C1C 2 ? 典型的二阶有源低通滤波器电路如图8-1(a)所示： 0.1u 10k 10k 10k 10k 0.1u 电路的选频特性基本上取决于RC网络，电路还兼有同相放 大功能，调节RF、Rf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 较高的运算放大器。 ? 该电路特点是在组件前加了二阶RC低通网 络，在阻带区能提供 -40dB/十倍频程的衰 减，其幅频特性如图8-1(b)所示： (a) 电路 图8-1 (b) 幅频特性 二阶有源低通滤波器电路及其幅频特性 （2）二阶有源高通滤波器（二阶压控电压源HPF） 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）。 将图8-1(a)中的R与C互换，即成为二阶有源高通滤波 器电路，如图8-2(a)所示。 它能在阻带区提供40dB/十倍频程的正斜率，其幅频特 性如图8-2(b)所示。在二阶有源高通滤波器中，有如下 关系式： 通常取 C1 = C2 = C, 通带放大倍数： AVP RF ? 1? Rf 通带截止频率： fP ? 1 2?C R1 R2 10k 10k 10k 0.1u 0.1u 10k 图8-2 二阶有源高通滤波器电路（a）及其幅频特性(b) 实验内容及步骤： 1.首先将放大器调零; 2.按试验电路图接线路,注意以下几点: 模拟电路实验箱的用法 ? 双电源的连接： ? 电路元件的连接： ? 电路的输入： ? 电路的输出： 三、实验内容及步骤 1．按预习要求中的（3）或（4）项中的设计数据画 出实验电路图。 2．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 Vcc=±12V。 3．接通电源，使输入端Vi=0（对地短路），调节RP， 对运放进行调零（Vo=0）。 4．送入Vi=1V的交流正弦信号，在20Hz～200kHz 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 量输出电压Vo(注意：在fo附近多测一些点， 改变信号源频率时要保持Vi不变)。观察电路 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 特性。 测出的数据请填入以下表格：表8-1和表8-2 ? 表8-1 低通滤波器幅频特性数据 Vi（v） f（Hz） 5 10 30 60 100 150 200 250 300 350 400 500 VO（v） 表8-2 Vi（v） 高通滤波器幅频特性数据 f（Hz） VO （v） 10 20 50 100 120 150 180 200 250 300 350 400 5．参照上述实验原理和步骤，查资料自行设计一带 阻滤波器，要求画出实验电路图，自拟实验步骤和表 格，实际测出电路中心频率，同时以实测中心频率为 中心，测量并画出电路的幅频特性。 图8-3 带通滤波器
