實(shí)驗(yàn)十三 二階有源濾波器

1、實(shí)驗(yàn)十三 二階有源濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)有源濾波器的幅頻響應(yīng)，學(xué)會測量二階有源濾波器的幅頻特性。2測定低通、高通濾波器的截止頻率和帶通濾波器的中心頻率fo。3測定帶通濾波器的帶寬。4測定帶有源濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。5觀測二階帶通濾波器輸出與輸入波形之間的相頻響應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)器材信號發(fā)生器                           

2、                          1臺掃頻儀                        

3、                                 1臺運(yùn)算放大器    4個電阻：5.1 k 2個、10k 4個、12k 1個、22 k 1個、47 k 5個、160 k 2個、200 k1個  

4、0; 電容：0.01F    6個          68nF    2個三、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)電路圖131由RC元件與運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號?？捎迷谛畔⑻幚?、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運(yùn)算放大器頻帶限制，這類濾波器主要用于低頻范圍。根據(jù)對頻率范圍的選擇不同，可分為低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)與帶阻(BEF)等四種濾波器，它們的幅頻特性如

5、圖131所示。1、 低通濾波器（LPF）低通濾波器是用來通過低頻信號，衰減或抑制高頻信號。如圖132（a）所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖132（a）  二階低通濾波器電路圖圖132（b）二階低通濾波器電路仿真圖電路性能參數(shù)：   二階低通濾波器的通帶增益 截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。  品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。2、高通濾波器（HPF）與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號

6、，衰減或抑制低頻信號。只要將圖132低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波器，如圖133所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反，其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡象”關(guān)系，仿照LPH分析方法，不難求得HPF的幅頻特性。圖133  二階高通濾波器電路圖電路性能參數(shù)Auf、f0、Q各量的函義同二階低通濾波器3、 帶通濾波器（BPF）圖13-4  二階帶通濾波器這種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。這種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率

7、高的信號均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如圖134所示。電路性能參數(shù)：通帶增益                 中心頻率 通帶寬度        選擇性 此電路的優(yōu)點(diǎn)是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。4、帶阻濾波器（BEF）如圖135所示，這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不能通過（或受到很大

8、衰減或抑制），而在其余頻率范圍，信號則能順利通過。在雙T網(wǎng)絡(luò)后加一級同相比例運(yùn)算電路就構(gòu)成了基本的二階有源BEF。              (a) 電路圖                         (b) 頻率特性圖135

9、  二階帶阻濾波器 四、實(shí)驗(yàn)步驟    1（1）建立如圖13-2（a）所示的實(shí)驗(yàn)電路，儀器按圖132（b）設(shè)置。用掃頻儀圖示二階低通濾波器的幅頻響應(yīng)，頻率變化范圍為100Hz-l00kHz。     （2）單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析。將光標(biāo)移動到幅頻特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，測量截止頻率和分貝電壓增益AdB。     （3）根據(jù)電路圖計(jì)算理論值，并與測量值比較，進(jìn)行分析；2.  (1) 建立如圖13-3所示的實(shí)驗(yàn)電路，儀器如實(shí)驗(yàn)步驟1(1)中的接法連接。用掃頻儀圖示

10、二階高通濾波器的幅頻響應(yīng)，頻率變化范圍為100Hz-l00kHz。（2）單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析。將光標(biāo)移動到幅頻特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，測量截止頻率和分貝電壓增益AdB。     （3）根據(jù)電路圖計(jì)算理論值，并與測量值比較，進(jìn)行分析；3（1）建立如圖13-4所示的實(shí)驗(yàn)電路，儀器如實(shí)驗(yàn)步驟1(1)中的接法連接。用掃頻儀圖示二階帶通濾波器的幅頻響應(yīng)，頻率變化范圍為10Hz-l00kHz。（2）單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析。將光標(biāo)移動到幅頻特性曲線的峰點(diǎn)，測量中心頻率和分貝電壓增益AdB。    （3）將光標(biāo)移動到幅頻特性曲線左邊AdB

11、3dB處，測量低端截止頻率fL。然后將光標(biāo)移動到曲線右邊AdB-3dB處，測量高端截止頻率fH。（4）根據(jù)步驟（3）測出的fH與fL，計(jì)算帶通濾波器的帶寬BW。    （5）根據(jù)步驟（3）中fH與fL的計(jì)算值，計(jì)算中心頻率fo。    （6）根據(jù)中心頻率fo和帶寬BW的測量值，計(jì)算帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。    （7）移動光標(biāo)到幅頻特性曲線的10fH處，測量該處的頻率和分貝增益。（8）單擊掃頻儀的相位按鈕Phase，將縱軸的初值(1)改為180°，終值(F)改為180°。單擊仿真開關(guān)運(yùn)

12、行動態(tài)分析，觀察帶通濾波器輸出與輸入波形之間的相位差。4. （1）建立如圖13-5所示的實(shí)驗(yàn)電路，儀器如實(shí)驗(yàn)步驟1(1)中的接法連接。用掃頻儀圖示二階帶通濾波器的幅頻響應(yīng)，頻率變化范圍為10Hz-l00kHz。 （2）單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析。將光標(biāo)移動到幅頻特性曲線的峰點(diǎn)，測量中心頻率和分貝電壓增益AdB。（3）移動光標(biāo)到幅頻特性曲線的10f0處，測量該處的頻率和分貝增益。 （4）測繪電路的幅頻特性曲線。 五、思考題1低通濾波器和高通濾波器的幅頻特性具有“鏡像”關(guān)系嗎？2如何由低通和高通濾波電路構(gòu)成帶通濾波器，有什么條件限制？3. 帶通濾波器中心頻率fo的測量值與計(jì)算值比較，情況如何?    4根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q