实验四 自制 RC 有源滤波电路 一 实验目的 1. 掌握由运算放大器与电阻、 电容构成的 RC 有源滤波器的电路原理。 2. 掌握滤波器幅频特性的测试方法。 二 实验原理及实验参考电路 滤波电路是一种选频电路， 它是一种能使有用频率的信号通过， 而同时对无用频率的信号进行衰减的电子装置。 本实验采用宽带集成运算放大器 LF353 和电阻、 电容构成 RC 有源滤波电子装置。 由于集成运算放大器的带宽有限， 目前有源滤波器的最高工作频率只能达到 1MHz 左右。 根据频率特性的基本知识可知， 滤波电路的阶数越高， 过渡带将越窄， 滤波特性越接近理想滤波器的滤波...
实验四 自制 RC 有源滤波电路 一 实验目的 1. 掌握由运算放大器与电阻、 电容构成的 RC 有源滤波器的电路原理。 2. 掌握滤波器幅频特性的测试方法。 二 实验原理及实验参考电路 滤波电路是一种选频电路， 它是一种能使有用频率的信号通过， 而同时对无用频率的信号进行衰减的电子装置。 本实验采用宽带集成运算放大器 LF353 和电阻、 电容构成 RC 有源滤波电子装置。 由于集成运算放大器的带宽有限， 目前有源滤波器的最高工作频率只能达到 1MHz 左右。 根据频率特性的基本知识可知， 滤波电路的阶数越高， 过渡带将越窄， 滤波特性越接近理想滤波器的滤波特性， 而高于二阶的滤波电路可以由一阶和二阶滤波电路构成， 本实验制作 RC 二阶有源滤波电路。 1. 压控电压源二阶低通滤波电路 电路如图 1 所示。 图 1 压控电压源二阶低通滤波电路 实验电路中Ω586,Ω1;10;Ω7 . 4432121RkRnFCCCkRRR电路传递函数为 电压放大倍数为 00)3 (j)(1)(ffAffAfAupupu 上式中通带放大倍数 2)()3 (1)(sRCsRCAAsAupupu 341RRAup 为使电路不产生自激振荡， 应使 0)3 (upA即通带放大倍数3upA。 特征频率RCf210 令upAQ31， 则 Q 称为电路的品质因数。 电路的幅频特性与品质因数的取值相关， 如图 2 所示。 图 2 压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性 实验电路中通带放大倍数 品质因数 Q=1/（3-Aup） =1/(3-1. 586) =0. 707， 称为巴特沃思滤波器， 电路的上限截止频率 fH则刚好等于特征频率 f0。 图 1 所示电路中如果品质因数 Q 1， 则电路的上限截止频率可大于特征频率。 由图 2 可知 Q 大于 1 的幅频特性曲线的过渡带更陡， 幅频特性更好。 2. 压控电压源二阶高通滤波电路 电路如图 3 所示。 586. 4RRAup)( . 428. 6121930HzRCffH 图 3 压控电压源二阶高通滤波电路 实验电路中Ω586,Ω1;10;Ω56432121RkRnFCCCkRRR电路传递函数为 电压放大倍数为 上式中通带放大倍数 341RRAup 为使电路不产生自激振荡， 应使 0)3 (upA即通带放大倍数3upA。 特征频率RCf210 令upAQ31， 则 Q 称为电路的品质因数。 电路的幅频特性与品质因数的取值相关。 实验电路中通带放大倍数 品质因数 Q=1/（3-Aup） =1/(3-1. 586) =0. 707， 称为巴特沃思滤波器， 电路的下限截止频率 fL则刚好等于特征频率 f0。 20020)(1)()(ffQffjffAfAupu22)()3 (1)()(sRCsRCAsRCAsAupupu586. 4RRAup 3. 二阶带通滤波电路 设低通滤波器的上限截止频率为 fH, 高通滤波器的下限截止频率为 fL, 若fLfH, 则将低通滤波器和高通滤波器串联可得到带通滤波器。 实验电路将图 1 电路与图 3 电路串联起来， 获得带通滤波电路， 则带通滤波电路的下限截止频率HzfL284， 上限截止频率HzfH3387。 该滤波电路可作为语音滤波电路， 因为语音信号频率为300~3400Hz。 此滤波器的优点在于电路设计简单， 但滤波特性不理想， 即过滤带较宽， 高质量的滤波电路应采用四阶以上的滤波电路。 三 实验仪器 DDS 函数信号发生器 （型号： TFG2003） 双踪示波器 （型号： SS-7802A） 数字万用表 （型号： DT9205N） 四 实验内容 1. 制作低通滤波器及高通滤波器。 2. 测量低通滤波器的幅频特性。 3. 测量高通滤波器的幅频特性。 4. 测量带通滤波器的幅频特性。 五 实验步骤 1. 由图 1 和图 3 分别制作压控电压源二阶低通滤波电路及压控电压源二阶高通滤波电路， 运放使用宽带双集成运算放大器 LF353。 LF353 引脚如下图所示。 正负电源分别使用+12V 和-12V， 注意两个电源引脚都需接二个退耦电容（0. 1和 10）。 低通滤波电路与高通波电路的运放分别用 1, 2, 3 脚和 5, 6, 7 脚。 两个滤波电路的输入、 输出端都可用插针引出， 另外还需用插针引出测试仪器的接地端。 2. 低通滤波器幅频特性测试。 将信号源输出信号调为正弦信号， 其输出幅度的峰-峰值 Usp-p为 2V， 频率置为 100Hz， 用示波器观察输出信号， 若观察到输出端有放大的正弦信号（放大倍数约为 1. 568）， 说明电路正常。 先测量滤波器的上限截止频 fH（注意与理论值比较） , 再按数据记录表 1 测试该电路的幅频特性。 在座标纸上画出幅频特性曲线（横轴用 f, 纵轴用电压增益， 提示： 可用 origin 软件或其它画图软件画图， 将图形打印输出贴在实验报告上。）（此内容在写实验报告时做）。 3. 高通滤波器幅频特性测试。 将信号源输出信号调为正弦信号， 其输出幅度的峰-峰值 Usp-p为 2V， 频率置为 5kHz， 用示波器观察输出信号， 若观察到输出端有放大的正弦信号（放大倍数约为 1. 568）， 说明电路正常。 先测量滤波器的下限截止频 fL（注意与理论值比较） , 再按数据记录表 2 测试该电路的幅频特性。 在座标纸上画出幅频特性曲线（横轴用 f, 纵轴用电压增益， 提示： 可用 origin 软件或其它画图软件)(28. 6121930HzRCffL 画图， 将图形打印输出贴在实验报告上。）（此内容在写实验报告时做）。 4. 带通滤波器幅频特性测试。 连接低通滤波器的输出与高通滤波器的输入， 则电路成为带通滤波器。 将信号源输出信号调为正弦信号， 其输出幅度的峰-峰值 Usp-p为 2V， 频率置为 1kHz， 用示波器观察输出信号， 若观察到输出端有放大的正弦信号说明电路正常。 先测量滤波器的中心频率 f0（输出信号最大的频率）， 再测量其上、 下限截止频fH和 fL（注意与理论值比较） , 最后按数据记录表 3 测试该电路的幅频特性。 在座标纸上画出幅频特性曲线（此内容在写实验报告时做）。 六 注意事项 1. LF353 的正负电源可使用实验五的正负电源。 2. 滤波电容一定要使用涤纶电容， 电容数值的准确度才会高， 截止频率的测量与理论值才会接近。 3. 在撰写实验报告中， 注意将实验结果与理论分析进行比较。 七 思考题 1. 为什么高阶滤波电路的滤波特性更好？ 2. 请写出图 1 电路传递函数的推导过程。 参考教材 1.《电子技术基础实验电子电路实验 设计 仿真》（第二版）， 华中理工大学电子学教研室编， 陈大钦主编， 高等教育出版社， 2000 年 6 月 2. 《电子技术基础实验与课程设计》（第二版）， 高吉祥 主编， 电子工业出版社， 2005 年 2 月 3. 《模拟电子技术基础》（第四版） 清华大学电子学教研组编 华成英 童诗白主编， 高等教育出版社，2006 年 5 月 2009． 9． 附录： 数据记录表格 数据记录表 1 压控电压源二阶低通滤波电路幅频特性测试（V2Upsp,VUpip ） 实测 fH= Hz Aup= 数据记录表 2 压控电压源二阶高通滤波电路幅频特性测试（V2Upsp,VUpip） f(Hz) 50 Uop-p(V) f(Hz) 270 280 285 290 300 310 320 330 340 350 Uop-p(V) f(Hz) 360 380 400 450 500 550 600 650 700 750 Uop-p(V) f(Hz) 800 900 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Uop-p(V) f(Hz) 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 10000 Uop-p(V) 实测 fL= Hz Aup= 100 150 200 210 220 230 240 250 260 f (Hz) 50 Uop-p(V) f(Hz) 600 700 800 900 1000Uop-p(V) f(Hz) 2200 2400 2600 2800 3000Uop-p(V) f(Hz) 3500 3600 3700 3800 3900Uop-p(V) f(Hz) 4500 4600 4700 4800 4900Uop-p(V) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1200 1400 1600 1800 2000 3100 4000 5000 3200 4100 5400 3300 4200 5800 3350 3400 4300 4400 6200 6600
