无源低通滤波器实验报告低通滤波器 实验报告 低通滤波器ＬＰＦ是滤除噪声用得最多的滤波器。由于高阶有源低通滤波器的每个滤波节皆由二阶滤波器和一阶滤波器组成。 我们设计一个巴特沃兹二阶有源低通滤波器。并使用电子电路仿 真软件进行性能仿真。 其中Auo 为通带内的电压放大倍数，?C 为截止角频率，n 称为 滤波器的阶。从（1）式中可知，当?=0 时，（1）式有最大值1；?=?C 时，（1）式等于 0.707，即 Au 衰减了 3dB；n 取得越大，随着? 的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性 此时阻带衰减速率为：?20ndB/十倍频或?6ndB/倍频，该式称 为计算公式。 图2-1低通滤波器原理图 2-2低通滤波器原理图 工作原理：（1）滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处 理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带 中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪 声与信号的频率往往有一定的重叠，如果重叠不严重，仍可利用 滤波器有效地抑制噪声功率，提高测量精度。 任何复杂地滤波网络，可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤 波器，而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟 悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。 有源滤波器地设计，主要包括确定传递函数，选择电路结构，选择有源器件与计算无源元件参数四个过程。 巴特沃斯滤波器的 特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在 阻频带则逐渐下降为零。 在振幅的对数对角频率的波特图上,从 某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负 无穷大。 一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝，每十倍频20 贝。二阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12 分贝、 三阶巴特 沃斯滤波器的衰减率为每倍频18 分贝、如此类推。巴特沃斯滤波 器的振幅对角频率单调下降，并且也是唯一的无论阶数，振幅对 角频率曲线都保持同样的形状的滤 波器。只不过滤波器阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快。其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同 的形状。 波器比较。简单来说，理想低通滤波器的滤波效果是无失真的，其通频特性可以看做一个矩形，滤波不会发生混叠（实际的滤波 器是不可能有理想的截止特性，总会在截止频率fc 之后总有一定 的过滤带）。巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类，类同于切 比雪夫滤波器，它有高通，低通，带通，高通，带阻等多种滤波 器。它在通频带内外都有平稳的幅频特性，但有较长的过渡带， 在过渡带上很容易造成失真。 切比雪夫滤波器则相反，过渡带很窄，但内部的幅频特性却很不稳定。其他种类的滤波器一般都是折中设计的。 的阻值一般应在几百千欧以下，为使两级二阶低通滤波器电路具有相同的截止频率 故选择 R1?R2?R?1?3.98K2*3.14*200*0.2*10?6 查教材表2-1巴特沃斯低通，高通滤波电路阶数n 与增益G (1)R3?R4?AVF1?10R3 R3*R4?7.96R3?R4 解得：R3?8.84K,R4?79.6K 本实验采用一种方法来设计有源二阶低通旅欧器。将其接地的电容 C2 端接到集成运放的输出端构成的压控电压源二阶低通滤 电路，两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运 放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈。在不同的频段， 反馈的极性不相同，当 信号频率f》fo时，(f0 为截止频率)，电路每级电路的相移 于-90 度，两级RC 电路的移想到-180 度，电路的输出电压与电压的相位 相反，故此时通过电容 引导集成运放动向端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所 以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频段迅速哀减， 只允许低通端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。 学习了三个星期的二阶低通滤波器，我学会了很多东西，培养了动手能了也为我们以后的工作打下了良好的基础。通过这次课 程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只要理论知识 是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结和起来，从理 论中得出结论。从而提高自己的动手能力和独立思考能力。在设 计的过程中遇到问题，可以说的是困难重重，这毕竟第一次做的， 难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己 的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握的不够 牢固。 篇二：实验九无源与有源滤波器 实验九无源与有源滤波器 了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性； 2．PC机（安装THBCC-1”软件） 3．双踪慢扫描示波器1台(选配) 1．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 元件或 RC 元件构成的无源滤波器，也可由 RC 元件和有源器件构成的有 源滤波器。 根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不 同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通 滤波器（BPF）、和带阻滤波器（BEF）四种。图9-1 分别为四种滤 波器的实际幅频特性的示意图。 图9-1四种滤波器的幅频特性 2．四种滤波器的传递函数和实验模拟电路如图9-2所示： 11G(S)?R2C2S2?3RCS?1R2C2S2?2RCS?1 无源高通滤波器(d)有源高通滤波器 RCS2RCSG(S)?R2C2S2?3RCS?1R2C2S2?RCS?1 (e)无源带通滤波器(f)有源带通滤波器 (g)无源带阻滤波器(h)有源带阻滤波器 图9-2四种滤波器的实验电路 3．滤波器的网络函数H（jω），又称为正弦传递函数，它可用 下式表示 式中A(ω)为滤波器的幅频特性，θ(?)为滤波器的相频特性。它 们均可通过实验的方法来测量。 1．用扫频电源时(定性观测，实验时必须有双踪慢扫描示波器----可选做) 接扫频电源的输出，滤波器的输出端U?o接示波器或交流数字 电压接线时滤波器的输入端U 实验时，在保持正弦波信号输出电压幅值（Ui）不变的情况下，逐渐改变其输出频率，用示波器或实验台提供的交流数字电压表 （f＜200KHz），测量 RC 滤波器输出端的电压 U0。当改变信号源 频率时，都应观测一下Ui 是否保持稳定，数据如有改变应及时调 ?i1）用实验台上的“函数信号发生器”的输出端连接到无源或有源LPF 滤波器的输入端U 与和“数据采集接口单元”的“AD1”；同时将滤波器的输出端U“数据采集接口单元”的“AD2” 2）调节“函数信号发生器”的输出频率和幅值（一般VP-P 8V），用“THBCC-1”软件测量低通滤波器输入、输出端的幅值(选双通道时)，并计算其比值，然后描绘其幅频特性； 3）用同样的方法测量无源、有源HPF、BPF、BEF的幅频特性。 1．根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线。注意应将同类型的无源和有源滤波器幅频特性绘制在同一坐标平 面上，以便比较并计算出特征频率、截止频率和通频带。 2．如果要实现LPF、HPF、BPF、BEF 源滤器之间的转换，应如 何连接？ 实验名称：滤波器分析与设计实验实验类型：电子技术型实验 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） 2．学习有源滤波器的调试、幅频特性的测量方法。3．了解滤 波器的结构和参数对滤波器性能的影响。 4．用EDA仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效 果的影响 1．设计二阶有源多重负反馈型低通滤波器，其参数指标：通带增益 ，固有频率 ；计算其品质因数Q 和实际的截止频率 2．对所设计的有源滤波器进行软件仿真，分析其参数指标，及其幅频/相频特性曲线 设计所得的电路参数做适当 调整，并重新设计和软件仿真，观察参数对品质因数 4．仿照步骤1/2/3，设计并仿真二阶有源高通、带通滤波器（指标自定义）。 传递函数Av(s)：反映滤波器增益随频率的变化关系，也称为电路的频率响应、频 通带增益Avp：通频带放大倍数，为一个实数。 固有频率fc：也称自然频率、特征频率， 其值由电路元件 的参数决定。 通带截止频率fp：滤波器增益下降到其通带增 益Avp 0.707倍时所对应的频率 （也称–3dB频率、半功率点、上限频率（ 品质因数Q：反映滤波器频率特性的一项重要指标，不同类型滤波器的定义不同。 操作方法和实验步骤： 测量滤波器的通带增益Avp、通带截止频率 fp。 测量滤波器的频率特性。 依次测试低通滤波器、高通滤波器，再将两者串联为带通滤波器，最后再使用单运 RfV11Vpk1kHz 无限增益多路负反馈二阶高通滤波器电路设计图： V21Vpk1kHz 3kHzBW 0.01uFR1=4k R2 8kR3 0.75fr 2.99kHzBW
