濾波器頻率響應(yīng)特性仿真實驗

1、實驗九 基于LabVIEW的濾波器頻率響應(yīng)特性仿真實驗濾波器頻率響應(yīng)特性實驗通常有點頻法與掃頻法兩種。點頻法簡單而易于實現(xiàn)，但數(shù)據(jù)記錄與處理比較麻煩，通常是列表進行數(shù)據(jù)記錄，再根據(jù)列表數(shù)據(jù)粗略繪制幅頻響應(yīng)特性曲線。掃頻法直接輸入掃頻正弦波信號，可以更加直觀的觀察到濾波輸出信號隨輸入信號頻率變化而變化的連續(xù)過程。但是在實驗箱上要得到掃頻正弦信號源比較困難，通常是利用單片機低頻鋸齒波信號對函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號進行頻率控制而實現(xiàn)掃頻。電路原理復(fù)雜、設(shè)備成本高，而且必須分段掃頻，調(diào)節(jié)過程復(fù)雜，輸出信號幅度難以控制。基于LabVIEW的濾波器頻率響應(yīng)特性仿真實驗?zāi)芎芎玫慕鉀Q掃頻信號源的問題，實現(xiàn)

2、掃頻法測量濾波器的頻率響應(yīng)特性，同時該仿真實驗同樣可以實現(xiàn)點頻法測量頻向特性。一、實驗?zāi)康?、通過基于LabVIEW的濾波器頻率響應(yīng)特性仿真實驗，進一步學(xué)習(xí)和掌握LabVIEW軟件的使用與編程方法與技巧。2、學(xué)習(xí)掃虛擬頻信號源的設(shè)計。2、學(xué)會掃頻法測量濾波器的頻率響應(yīng)特性。4、通過實驗，進一步區(qū)分不同濾波器的濾波原理。二、實驗原理1、濾波器基本原理參見實驗八的實驗原理之圖5-31、5-32。2、濾波器頻率響應(yīng)特性仿真實驗程序設(shè)計基本原理 濾波器皮褸響應(yīng)特性測試實驗通常有點頻法與掃頻法兩種方法，采用基于LabVIEW的仿真實驗既可以采用點頻法，也可以采用掃頻法。點頻法使用普通的頻率與幅度可調(diào)的虛

3、擬正弦波信號源，掃頻法則設(shè)計專用虛擬掃頻信號源作為實驗的輸入信號。點頻法與掃頻法仿真實驗程序設(shè)計的原理框圖分別如圖5-35和圖5-36所示：2 / 7圖5-35 點頻法仿真實驗程序設(shè)計原理框圖圖5-36 掃頻法仿真實驗程序設(shè)計原理框圖點頻法仿真實驗程序原理框圖如圖5-35所示，實驗程序中濾波器可以任意更換，比如換做低通、高通、帶通、帶阻等等。正弦波信號發(fā)生器的的幅度與頻率可調(diào)，增加實驗時的靈活性。同時頻率可調(diào)也正是點頻法實驗必須的條件。在濾波器輸出端必須進行幅度測量與波形顯示。掃頻法仿真實驗程序原理框圖如圖5-36所示，與點頻法相比，信號源部分直接換為掃頻信號源，在濾波器輸出端除進行必要的波形

4、顯示以外，還可以直接顯示濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線。三、實驗儀器或?qū)嶒灄l件學(xué)生用微機一臺，LabVIEW仿真軟件。四、實驗內(nèi)容與實驗方法如圖5-37所示為采用正弦信號作為輸入信號的濾波器頻率響應(yīng)特性測試仿真實驗程序的示例程序，該程序適合點頻法。正弦信號的幅度與頻率可調(diào)。在濾波器部分，濾波器的類型可以根據(jù)實驗內(nèi)容需要進行更換，濾波器的階數(shù)、上下截止頻率等參數(shù)可以有設(shè)計者根據(jù)需要任意設(shè)定。在程序輸出端需要對濾波后的正弦波形與輸入的正弦波形進行對比觀察，同時還需要對對輸出波形的幅度進行測量。圖5-37 點頻法實驗程序圖如圖5-38所示為掃頻法測量濾波器頻率響應(yīng)特性的實驗程序框圖，該程序可以直接得到某種

5、濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線。不用象點頻法那樣，必須單點測試并用表格記錄實驗數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)畫出濾波器頻率響應(yīng)特性曲線。圖5-38 掃頻法實驗程序圖掃頻法實驗程序的前面板如圖5-39所示，采用掃頻信號輸入，對比測試輸入輸出信號的幅度值變化，由程序自行計算，可以直接得到濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線，如圖5-39的第三組波形圖即為低通濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線，圖形直觀而且準確。圖5-39 正弦信號作為輸入信號的實驗程序前面板與程序框圖五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、對各種無源濾波器的幅頻響應(yīng)進行測量并按表5-13進行記錄2、按照記錄表中的數(shù)據(jù)描點連線按圖5-40畫出各種濾波器的幅頻特性曲線表5-13 XXX濾波器幅

6、頻特性測試數(shù)據(jù)記錄表頻率w|U0(w)|Ui(w)|A(w)圖5-40 XXX濾波器幅頻特性曲線3、若按掃頻法完成實驗過程，直接截圖得到各種濾波器的幅頻特性曲線。六、實驗注意事項1、實驗過程中注意輸入信號的頻率范圍一定要盡可能覆蓋濾波器的上下截止頻率，不然會出現(xiàn)濾波器特性的錯誤判斷。2、仿真實驗程序中，上下截止頻率的設(shè)置要恰當(dāng)，下截止頻率不能大于上截止頻率。3、點頻法實驗過程進行數(shù)據(jù)記錄時，在截止頻率附近數(shù)據(jù)點要相對集中。4、掃頻法的掃頻信號源的掃頻截止頻率應(yīng)該與對應(yīng)濾波器的截止頻率相匹配，否則不能得到完整的頻率響應(yīng)特性。七、思考題1、濾波器的階數(shù)與濾波特性有什么聯(lián)系？2、實際應(yīng)用中，濾波器的階數(shù)越高