集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用(Ⅳ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、. 集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用()信號(hào)處理一有源濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.熟悉用運(yùn)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(xué)會(huì)測(cè)量有源濾波器的幅頻特性二、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)是用集成運(yùn)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(hào)能通過而高頻信號(hào)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(duì)RC網(wǎng)絡(luò)且將第一級(jí)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(gè)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(yīng)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(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號(hào)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(jí)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(diǎn)是改變Rf和R1的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。當(dāng)R=160K,R2=22K,R3=12K,Rf=R1=47K,C=0.01F時(shí)，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(hào)不能通過(或受到很大衰減)，而在其余頻率范圍，信號(hào)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(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 1.±12V直流電源 4.交流毫伏表2.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 5.頻率計(jì)3.雙蹤示波器(另配) 6.A741×1電阻器、電容器若干。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.二階低通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖7-2接通±12V電源。函數(shù)信號(hào)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(hào)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(cè)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(shí)驗(yàn)電路如7-3(a)按表7-2的內(nèi)容測(cè)量并記錄。表7-2f(Hz)Uo(V)3.帶通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖7-4，測(cè)量其頻響特性。數(shù)據(jù)表格自擬。(1)實(shí)測(cè)電路的中心頻率f。(2)以實(shí)測(cè)中心頻率為中心，測(cè)出電路的幅頻特性4.帶阻濾波器實(shí)驗(yàn)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(shí)測(cè)電路的中心頻率(2)測(cè)出電路的幅頻特性五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1.整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出各電路實(shí)測(cè)的幅頻特性。2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)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(yù)習(xí)要求 1.復(fù)習(xí)教材有關(guān)濾波器的內(nèi)容。2.分析圖7-2