實(shí)驗(yàn)八-有源濾波器的設(shè)計(jì)與調(diào)試

1、實(shí)驗(yàn)八實(shí)驗(yàn)八 有源濾波器的設(shè)計(jì)與調(diào)試有源濾波器的設(shè)計(jì)與調(diào)試 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康? 1進(jìn)一步理解有源濾波器的工作原理進(jìn)一步理解有源濾波器的工作原理; ;2 2學(xué)習(xí)幾種有源濾波器的設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)幾種有源濾波器的設(shè)計(jì)方法; ;3. 3. 學(xué)習(xí)幾種有源濾波器的調(diào)測(cè)方法和步驟。學(xué)習(xí)幾種有源濾波器的調(diào)測(cè)方法和步驟。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 濾波器是一種只傳輸指定頻段信號(hào)，抑制其它頻段信濾波器是一種只傳輸指定頻段信號(hào)，抑制其它頻段信號(hào)的電路。號(hào)的電路。 濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種：濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種： 無源濾波器無源濾波器: : 由電感由電感L L、電容、電容C C及電阻及電

2、阻R R等無源元件組成等無源元件組成 有源濾波器有源濾波器: : 一般由集成運(yùn)放與一般由集成運(yùn)放與RCRC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。作用。 利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號(hào)，衰減利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號(hào)，衰減無用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信無用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而噪比或選頻的目的，因而有源濾波器有源濾

3、波器被廣泛應(yīng)用于被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。從功能來上有源濾波器分為：從功能來上有源濾波器分為： 低通濾波器（低通濾波器（LPFLPF）、高通濾波器（）、高通濾波器（HPFHPF）、）、 帶通濾波器（帶通濾波器（BPFBPF）、帶阻濾波器（）、帶阻濾波器（BEFBEF）、）、 全通濾波器（全通濾波器（APFAPF）。）。其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPFLPF與與HPFHPF間互為對(duì)偶關(guān)系。間互為對(duì)偶關(guān)系。當(dāng)當(dāng)LPFLPF的通帶截止頻率高于的通帶截止頻率高于HPFHPF的通帶截止頻率時(shí)，將的通帶截止頻率時(shí)，將L

4、PFLPF與與HPFHPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPFBPF，而，而LPFLPF與與HPFHPF并聯(lián)，就構(gòu)成并聯(lián)，就構(gòu)成BEFBEF。在實(shí)用電子電路中，還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電在實(shí)用電子電路中，還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)AVPAVP、通、通帶截止頻率帶截止頻率f fP P及阻尼系數(shù)及阻尼系數(shù)Q Q等。等。 本實(shí)驗(yàn)介紹二階有源低通濾波器和二階有源高通濾本實(shí)驗(yàn)介紹二階有源低通濾波器和二階有源高通濾波器的一般設(shè)計(jì)與調(diào)試。波器的一般設(shè)計(jì)與調(diào)試。（1 1）二階有源低通濾波器（二階壓控電壓源

5、）二階有源低通濾波器（二階壓控電壓源LPFLPF） 低通濾波器的特點(diǎn)是使低頻信號(hào)（或直流成分通低通濾波器的特點(diǎn)是使低頻信號(hào)（或直流成分通過、抑制或衰減高頻信號(hào)，主要用于削弱高次諧波或過、抑制或衰減高頻信號(hào)，主要用于削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲信號(hào)，例如整流電路中的濾波頻率較高的干擾和噪聲信號(hào)，例如整流電路中的濾波電路。該濾波器有如下的關(guān)系式：電路。該濾波器有如下的關(guān)系式： 通帶電壓放大倍數(shù)：通帶電壓放大倍數(shù)： 通帶截止頻率：通帶截止頻率：fFVPRRA1212121CCRRfP 典型的二階有源低通濾波器電路如圖典型的二階有源低通濾波器電路如圖8-1(a)8-1(a)所示：所示： 電路的選

6、頻特性基本上取決于電路的選頻特性基本上取決于RCRC網(wǎng)絡(luò)，電路還兼有同相放大網(wǎng)絡(luò)，電路還兼有同相放大功能，調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)R RF F、R Rf f即可調(diào)節(jié)電路增益。由于運(yùn)算放大器在同相工即可調(diào)節(jié)電路增益。由于運(yùn)算放大器在同相工作時(shí)輸入端有較高的共模電壓，故應(yīng)選用共模輸入電壓較高的作時(shí)輸入端有較高的共模電壓，故應(yīng)選用共模輸入電壓較高的運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器。10k10k0.1u0.1u10k10k 該電路特點(diǎn)是在組件前加了二階該電路特點(diǎn)是在組件前加了二階RCRC低通網(wǎng)低通網(wǎng)絡(luò)，在阻帶區(qū)能提供絡(luò)，在阻帶區(qū)能提供 -40dB/-40dB/十倍頻程的衰十倍頻程的衰減，其幅頻特性如圖減，其幅頻特性如圖8

7、-1(b)8-1(b)所示：所示： (a) (a) 電路電路 (b) (b) 幅頻特性幅頻特性 圖圖8-1 8-1 二階有源低通濾波器電路及其幅頻特性二階有源低通濾波器電路及其幅頻特性 （2 2）二階有源高通濾波器（二階壓控電壓源）二階有源高通濾波器（二階壓控電壓源HPFHPF） 高通濾波器用于通過高頻信號(hào)，抑制或衰減低頻信號(hào)高通濾波器用于通過高頻信號(hào)，抑制或衰減低頻信號(hào)（或直流成分）。（或直流成分）。 將圖將圖8-1(a)8-1(a)中的中的R R與與C C互換，即成為二階有源高通濾波互換，即成為二階有源高通濾波器電路，如圖器電路，如圖8-2(a)8-2(a)所示。所示。 它能在阻帶區(qū)提供它

8、能在阻帶區(qū)提供40dB/40dB/十倍頻程的正斜率，其幅頻特十倍頻程的正斜率，其幅頻特性如圖性如圖8-2(b)8-2(b)所示。在二階有源高通濾波器中，有如下所示。在二階有源高通濾波器中，有如下關(guān)系式：關(guān)系式：通常取通常取C C1 1 = C = C2 2 = C,= C,通帶放大倍數(shù)：通帶放大倍數(shù)：通帶截止頻率：通帶截止頻率：fFVPRRA12121RRCfP圖圖8-2 8-2 二階有源高通濾波器電路（二階有源高通濾波器電路（a a）及其幅頻特性）及其幅頻特性(b)(b)10k10k10k10k0.1u0.1u 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟： 1.首先將放大器調(diào)零首先將放大器調(diào)零; ; 2

9、.按試驗(yàn)電路圖接線路按試驗(yàn)電路圖接線路, ,注意以下幾點(diǎn)注意以下幾點(diǎn): :模擬電路實(shí)驗(yàn)箱的用法模擬電路實(shí)驗(yàn)箱的用法 雙電源的連接：雙電源的連接： 電路元件的連接：電路元件的連接： 電路的輸入：電路的輸入： 電路的輸出：電路的輸出：三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1 1按預(yù)習(xí)要求中的（按預(yù)習(xí)要求中的（3 3）或（）或（4 4）項(xiàng)中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)畫）項(xiàng)中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。出實(shí)驗(yàn)電路圖。2 2按照所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行接插。按照所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行接插。按要求連接正、負(fù)電源，并用數(shù)字式萬用表調(diào)節(jié)按要求連接正、負(fù)電源，并用數(shù)字式萬用表調(diào)節(jié)Vcc=Vcc=12V12V。3

10、3接通電源，使輸入端接通電源，使輸入端Vi=0Vi=0（對(duì)地短路），調(diào)節(jié)（對(duì)地短路），調(diào)節(jié)R RP P，對(duì)運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零（對(duì)運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零（Vo=0Vo=0）。）。4 4送入送入V Vi i=1V=1V的交流正弦信號(hào)，在的交流正弦信號(hào)，在20Hz20Hz200kHz200kHz范圍內(nèi)改變信號(hào)源頻率。范圍內(nèi)改變信號(hào)源頻率。 用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表測(cè)用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表測(cè)量輸出電壓量輸出電壓Vo(Vo(注意：在注意：在fofo附近多測(cè)一些點(diǎn)，附近多測(cè)一些點(diǎn)，改變信號(hào)源頻率時(shí)要保持改變信號(hào)源頻率時(shí)要保持ViVi不變不變) )。觀察電路。觀察電路是否具有高通特性或低通特性，并記錄

11、相應(yīng)的是否具有高通特性或低通特性，并記錄相應(yīng)的頻率及輸出電壓幅值。以次繪制出電路的幅頻頻率及輸出電壓幅值。以次繪制出電路的幅頻特性。特性。測(cè)出的數(shù)據(jù)請(qǐng)?zhí)钊胍韵卤砀瘢罕頊y(cè)出的數(shù)據(jù)請(qǐng)?zhí)钊胍韵卤砀瘢罕?-18-1和表和表8-28-2 表表8-1 8-1 低通濾波器幅頻特性數(shù)據(jù)低通濾波器幅頻特性數(shù)據(jù)ViVi（v v）f f（HzHz）5 5101030306060100100150150200200250250300300350350400400500500V VO O（v v）表表8-2 8-2 高通濾波器幅頻特性數(shù)據(jù)高通濾波器幅頻特性數(shù)據(jù)ViVi（v v）f f（HzHz）102050100120150180200250300350400V VO O（v v）5 5參照上述實(shí)驗(yàn)原理和步驟