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无源滤波器和有源滤波器实验报告实验报告课程名称:信号分析与处理实验指导老师:孙晖成绩:实验名称:无源滤波器和有源滤波器实验类型:同组学生姓名:张悦刘启航一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得一、实验目的熟悉模拟滤波器的构成及其特性学会测量滤波器幅频特性的方法。二、实验器材PC一台NImyDAQ便携式数据采集设备套面包板块电阻、电容、运算放大器若干导线。三、实验原理滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络它允许某些频率(通常是某个频率范围)的信号通过而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC组件或RC组件构成的无源滤波器也可由RC组件和有源器件构成的有源滤波器。滤波电路的一般结构如―所示。图中的Vit表示输入信号V(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其传递函数(系统函数)为A(s),式中A(s)是滤波电路的电压传递函数一般为复数。对于频率来说(sjω)则有A(jω),A(jω)ejφω这里A(jω)为传递函数的模φω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τ(ω),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φω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真。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叫做截止频率。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(jω),,)。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a所示图中A,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的所有频率完全衰减因此其带宽BW,ωH。高通滤波电路其幅频响应如图b所示由图可以看到在,ω,ωL范围内的频率为阻带高于ωL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c所示图中ωL为低边截止角频率ωH高边截止角频率ω为中心角频率。由图可知它有两个阻带:,ω,ωL和ω,ωH因此带宽BW,ωH,ωL。带阻滤波电路其幅频响应如图d所示由图可知它有两个通带:在,ω,ωH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。同高通滤波电路相似由于受有源器件带宽的限制通带ω,ωL也是有限的。带阻滤波电路抑制频带中点所在角频率ω也叫中心角频率。图各种滤波电路的幅频响应(a)低通滤波电路LPF(b)高通滤波电路HPF(c)带通滤波电路BPF(d)带阻滤波电路BEF四、实验内容与结果打开LabVIEWSFP仪器套件单击FGEN图标进入函数发生器功能设置波形为正弦波峰值为V由AO通道输出。测量低通滤波器的幅频特性无源低通滤波器电路图如下系统函数为:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为有源低通滤波器电路图如下系统函数:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为实验测量结果A(逐点测量法ViVfHzVoVGain截至频率:kHzB(测量波特图测量高通滤波器的频幅特性无源高通滤波器电路图如下系统函数为:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为有源高通滤波器电路图如下系统函数:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为实验结果逐点测量法ViVfHzVoVGain截止频率:kHz波特图测量带通滤波器的幅频特性无源带通滤波器电路图如下系统函数:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为有源带通滤波器电路图如下系统函数:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为实验结果逐点测量法ViVfHzVoVGain截止频率和同频带:z波特图测量带阻滤波器的幅频特性无源带阻滤波器电路图如下系统函数:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为有源带阻滤波器电路图如下系统函数:Multisim仿真的波特图结果如下LabVIEW仿真设置如下仿真结果为实验结果、A(逐点测量法ViVfHzVoVGain同频带为:z波特图五、实验结果分析与体会由理论分析和结果图比较可得有源滤波器在通频带内对信号进行了放大使滤波器具有更大的灵活性并且有源滤波器的Q值优于无源滤波器。从实验结果还可以看出有源滤波器的截止频率的理论值跟实验值偏差很小而无源滤波器的截止频率的理论值跟实验值偏差比较大。无源滤波器:这种电路主要有无源元件R、L和C组成具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点。有源滤波器:集成运放和R、C组成具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高输出电阻小构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。(本次试验是软硬件的结合不但需要硬件与软件使用的知识还需要结合理论计算在LabVIEW的使用上出现了许多的困难在别人的帮助下才最终完成了仿真分析还需要加强对这个软件的学习。专业:自动化姓名:刘庆宇学号:日期:地点:东装订线图滤波电路的一般结构VtVit滤波电路
2019_2020学年高中化学课时分层作业7杂化轨道理论、配合物理论（含解析）新人教版选修3
