集成運算放大器的基本應用(Ⅳ)實驗指導書

1、. 集成運算放大器的基本應用()信號處理一有源濾波器一、實驗目的 1.熟悉用運放、電阻和電容組成有源低通濾波和帶通、帶阻濾波器及其特性2.學會測量有源濾波器的幅頻特性二、實驗原理 本實驗是用集成運算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)來組成不同性能的有源濾波電路。 (a)RC網(wǎng)絡(luò)接在 (b)RC網(wǎng)絡(luò)接在 (c)一階RC低通濾 同相輸入端 反相輸入端 波器的幅頻特性圖7-1 基本的有源低通濾波器1.低通濾波器低通濾波器是指低頻信號能通過而高頻信號不能通過的濾波器，用一階RC網(wǎng)絡(luò)組成的稱為一階RC有源低通濾波器，如圖7-1所示。為了改善濾波效果，在圖7-1(a)的基礎(chǔ)上再加一對RC網(wǎng)絡(luò)且將第一級電容C的接地端改接到輸

2、出端的方式，如圖7-2所示，即為一個典型的二階有源低通濾波器。這種有源濾波器的幅頻特性為式中：Au=1+為二階低通濾波器的通帶增益；。=為截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。Q=為品質(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。注：式中S代表j圖7-2 二階低通濾波器2.高通濾波器只要將低通濾波器濾波網(wǎng)絡(luò)中的電阻、電容互換即可變成有源高通濾波器，如圖7-3(a)所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反，其頻率響應和低通濾波器是“鏡象”關(guān)系。 (a)電路圖 (b)幅頻特性圖7-3 高通濾波器這種高通濾波器幅頻特性為 式中Au；o；Q的意義與前同3.帶通濾波器 圖7-4 典型

3、二階帶通濾波器這種濾波電路的作用是只允許在一個通頻帶范圍內(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都被阻斷。典型的帶通濾波器要從二階低通濾波電路中將其中一級改成高通而成。如圖7-4所示它的輸入輸出關(guān)系為 中心角頻率 o=頻帶寬 B=選擇性 Q=這種電路的優(yōu)點是改變Rf和R1的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。當R=160K,R2=22K,R3=12K,Rf=R1=47K,C=0.01F時，o=1023Hz，其上限頻率為1074Hz，下限頻率為974HZ，Q為10.23，增益為2，其幅頻特性如圖15-5所示。 圖7-5 帶通濾波器的幅頻特性4.帶阻濾波器如圖7-6所示，這種電路的性能

4、和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不能通過(或受到很大衰減)，而在其余頻率范圍，信號則能順利通過。常用于抗干擾設(shè)備中。 (a)電路圖 (b)頻率特性圖7-6 二階帶阻濾波器這種電路的輸入、輸出關(guān)系為式中：Au=； o=，由式中可見，Au愈接近2，A愈大，即起到阻斷范圍變窄的作用。三、實驗設(shè)備與器件 1.±12V直流電源 4.交流毫伏表2.函數(shù)信號發(fā)生器 5.頻率計3.雙蹤示波器(另配) 6.A741×1電阻器、電容器若干。四、實驗內(nèi)容 1.二階低通濾波器實驗電路如圖7-2接通±12V電源。函數(shù)信號發(fā)生器輸出端接二階低通濾波器的輸入端，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，令其輸出

5、為Ui=1V的正弦波，改變其頻率，并維持Ui=1V不變，測量輸出電壓Uo，記入表7-1。表7-1f(Hz)Uo(V)2.二階高通濾波器實驗電路如7-3(a)按表7-2的內(nèi)容測量并記錄。表7-2f(Hz)Uo(V)3.帶通濾波器實驗電路如圖7-4，測量其頻響特性。數(shù)據(jù)表格自擬。(1)實測電路的中心頻率f。(2)以實測中心頻率為中心，測出電路的幅頻特性4.帶阻濾波器實驗電路選定為如圖7-6所示的雙T型RC網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)表格自擬。(1)實測電路的中心頻率(2)測出電路的幅頻特性五、實驗報告 1.整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各電路實測的幅頻特性。2.根據(jù)實驗曲線，計算截止頻率、中心頻率、帶寬。3.總結(jié)有源濾波電路的特性。六、預習要求 1.復習教材有關(guān)濾波器的內(nèi)容。2.分析圖7-2