有源濾波電路——低通和高通濾波器

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：有源濾波電路低通和高通濾波器 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：_綜合實(shí)驗(yàn)_一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握有源濾波電路的基本概念，了解濾波電路的選頻特性、通頻帶等概念，加深對(duì)有源濾波電路的認(rèn)識(shí)和理解。2. 用Pspice仿真的方法來(lái)研究濾波電路，了解元件參數(shù)對(duì)濾波效果的影響。3. 根據(jù)給定的低通和高通濾波器結(jié)構(gòu)和元件，分析其工作特點(diǎn)及濾波效果，分析電路的頻率特性。4. 分別利用低通和高通濾波器搭建帶通和帶阻濾波器電路，觀察和分析其輸出波形特點(diǎn)，分析

2、電路的頻率特性。裝 訂 線二、 實(shí)驗(yàn)原理1. 低通濾波器電路圖1所示為無(wú)限增益多路反饋低通濾波器電路，它是一種非常通用的具有反相增益的濾波器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、特性穩(wěn)定、輸出阻抗低的特點(diǎn)。電路的傳遞函數(shù)為： 其中： ，低通濾波器的設(shè)計(jì)截止頻率為6kHz，增益為2，各元件參數(shù)為： C=0.01F，C1=0.0015F，R1=4.28（4.3）k，R2=8.57（8.2）k，R3=5.49（5.6）k。其中電阻值分別表示為設(shè)計(jì)值和實(shí)際元件標(biāo)稱(chēng)值（括號(hào)內(nèi)）。2. 高通濾波器電路電路的傳遞函數(shù)為： 其中： ，高通濾波器的設(shè)計(jì)截止頻率為10kHz，增益為2，各元件參數(shù)為： C=0.01F，C1=0.005（

3、0.0047）F，R1=1.5k，R2=9.38（9.1）k。其中元件值分別表示為設(shè)計(jì)值和實(shí)際元件標(biāo)稱(chēng)值（括號(hào)內(nèi)）。3. 帶通和帶阻濾波器分別將圖1和圖2所示低通和高通濾波器級(jí)聯(lián)，可以得到一個(gè)帶通濾波器，如圖3(a)所示；將低通和高通濾波器的輸出波形相加，可以得到一個(gè)帶阻濾波器，如圖3(b)所示。三、 主要儀器設(shè)備1信號(hào)源2動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)單元濾波器組件3可存儲(chǔ)式數(shù)字示波器四、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)包括兩大部分，首先利用PSpice軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)（任務(wù)1、2），然后進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)（任務(wù)3、4和5）。1 利用PSpice軟件，對(duì)給出的低通和高通濾波器的工作特性進(jìn)行仿真分析。輸入信號(hào)選擇幅值為1V，f=1KH

4、z的方波電壓。觀察一個(gè)方波信號(hào)分別通過(guò)低通和高通濾波器后，波形和諧波成分的變化。2 利用PSpice軟件進(jìn)行仿真分析，將低通和高通濾波器級(jí)聯(lián)為帶通濾波器、相加為帶阻濾波器，輸入信號(hào)選擇幅值為1V，f=1KHz的方波電壓，觀察一個(gè)方波信號(hào)分別通過(guò)帶通濾波器和帶阻濾波器后，波形和諧波成分的變化。3 使用Um=1V，f=1KHz的方波電壓信號(hào)源輸出，連接到動(dòng)態(tài)電路板的輸入端，將激勵(lì)源和低通濾波器、高通濾波器的輸出端分別連至示波器的兩個(gè)輸入口YA和YB，這時(shí)可在示波器的屏幕上同時(shí)觀察到激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律。觀察并記錄此時(shí)的輸出信號(hào)的變化；對(duì)濾波后的信號(hào)作fft分析，觀察信號(hào)中諧波成分的變化情況。4 將

5、低通和高通濾波器級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)帶通濾波器的功能；將低通和高通濾波器輸出信號(hào)相加，實(shí)現(xiàn)帶阻濾波器的功能。輸入信號(hào)選擇幅值為1V，f=1KHz的方波電壓，觀察并記錄此時(shí)的輸出信號(hào)的變化；對(duì)濾波后的信號(hào)作fft分析，觀察信號(hào)中諧波成分的變化情況。5 使用正弦電壓信號(hào)源輸出，繪制低通和高通級(jí)聯(lián)而成的帶通濾波器的幅頻特性圖。 6 選做內(nèi)容：將可調(diào)電阻接入反相加法器的反饋回路，定性地觀察當(dāng)此電阻變化時(shí)，加法器輸出信號(hào)的變化。7 選做內(nèi)容：使用Um=1V，f=1KHz的方波電壓信號(hào)源輸出，將三個(gè)帶通濾波器的輸出連接到同相加法器的輸入端，觀察并記錄同相加法器輸出端信號(hào)，并對(duì)此信號(hào)分別作fft分析，觀察信號(hào)中諧波成

6、分的變化情況。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1、仿真實(shí)驗(yàn)（1）低通濾波器：FFT：幅頻特性：（2）高通濾波器：FFT：幅頻特性：（3）帶通濾波器：FFT：幅頻特性：（4）帶阻濾波器：FFT：幅頻特性：2、實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)（1）低通濾波器：FFT：（2）高通濾波器：FFT：（3）帶通濾波器：FFT：（4）帶阻濾波器：FFT：（5）使用正弦電壓信號(hào)源輸出，繪制低通和高通級(jí)聯(lián)而成的帶通濾波器的幅頻特性圖。數(shù)據(jù)：f（kHz）U(V)1.82870.1332.56210.2433.09110.3363.72720.4514.44520.5645.23480.6485.57620.6675.91210.6766.1

7、1570.6776.36270.6746.64320.668f（kHz）U(V)7.21450.648.06660.588.53080.5439.04090.5029.37410.4749.69370.4510.1340.41811.1220.35111.8760.30712.9110.25614.1740.207幅頻特性圖：六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、 低通和高通濾波器對(duì)通過(guò)的信號(hào)的影響，原信號(hào)波形和諧波成分的變化低通濾波器能使頻率低于某個(gè)頻率的信號(hào)通過(guò)，而濾掉高于該頻率的信號(hào)，并將其放大為輸入信號(hào)的n倍。在該頻率附近的諧波成分保留，高于該頻率的諧波成分很小甚至沒(méi)有。高通濾波器能使頻率高于某個(gè)頻率的信號(hào)通過(guò)，而濾掉低于該頻率的信號(hào)，并將其放大為輸入信號(hào)的n倍。在該頻率附近的諧波成分保留，低于該頻率的諧波成分很小甚至沒(méi)有。2、 有源濾波器電路工作特性有源濾波器是指用晶體管或運(yùn)放構(gòu)成的包含放大和反饋的濾波器，包括正反饋和負(fù)反饋，有源濾波器的實(shí)現(xiàn)，可分為直接實(shí)現(xiàn)和級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。其具有高度可控性和快速響應(yīng)性，具體特點(diǎn)為：不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可以抑制閃變、補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。通過(guò)與以前實(shí)驗(yàn)無(wú)源濾波器的對(duì)比，有源帶通濾波器能將得到的信號(hào)進(jìn)行放大；輸出端是否帶載，不影響輸出的