有源濾波器實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)七集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用()有源濾波器學(xué)生姓名：專業(yè)：電科學(xué)號(hào)：年級(jí)：2015指導(dǎo)教師：趙毓林級(jí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016年12學(xué)院名稱：信息學(xué)院月3日實(shí)驗(yàn)室：3103一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉用運(yùn)放、電阻和電容組成有源低通濾波、高通濾波和帶通、帶阻濾波器。2、學(xué)會(huì)測(cè)量有源濾波器的幅頻特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理（a）低通（b）高通(c)帶通（d）帶阻圖71四種濾波電路的幅頻特點(diǎn)表示圖由RC元件與運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓必然頻率范圍內(nèi)的信號(hào)經(jīng)過，控制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號(hào)。可用在信息辦理、數(shù)據(jù)傳輸、控制干擾等方面，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。依照對(duì)頻

2、率范圍的選擇不同樣，可分為低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)與帶阻(BEF)等四種濾波器，它們的幅頻特點(diǎn)如圖71所示。擁有理想幅頻特點(diǎn)的濾波器是很難實(shí)現(xiàn)的，只能用實(shí)質(zhì)的幅頻特點(diǎn)去逼近理想的。一般來說，濾波器的幅頻特點(diǎn)越好，其相頻特點(diǎn)越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)越高,幅頻特點(diǎn)衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。任何高階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。1、低通濾波器（LPF）低通濾波器是用來經(jīng)過低頻信號(hào)衰減或控制高頻信號(hào)。如圖72（a）所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級(jí)RC濾波環(huán)節(jié)與同對(duì)照例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容C接至輸

3、出端，引入合適的正反響，以改進(jìn)幅頻特點(diǎn)。圖72（b）為二階低通濾波器幅頻特點(diǎn)曲線。(a)電路圖(b)頻率特點(diǎn)圖72二階低通濾波器電路性能參數(shù)AuP1Rf二階低通濾波器的通帶增益R1fO1截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。2RCQ1質(zhì)量因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特點(diǎn)的形AuP狀。2、高通濾波器（HPF）與低通濾波器相反，高通濾波器用來經(jīng)過高頻信號(hào)，衰減或控制低頻信號(hào)。只要將圖72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73(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，模擬LPH解析方法，不難求

4、得HPF的幅頻特點(diǎn)。(a)電路圖(b)幅頻特點(diǎn)圖73二階高通濾波器電路性能參數(shù)AuP、fO、Q各量的函義同二階低通濾波器。圖73（b）為二階高通濾波器的幅頻特點(diǎn)曲線，可見，它與二階低通濾波器的幅頻特點(diǎn)曲線有“鏡像”關(guān)系。3、帶通濾波器（BPF）（a）電路圖(b)幅頻特點(diǎn)圖7-4二階帶通濾波器這類濾波器的作用是只贊同在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)經(jīng)過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號(hào)均加以衰減或控制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級(jí)改成高通而成。如圖74（a）所示。電路性能參數(shù)R4Rf通帶增益AupR4R1CBfO1111中心頻率2(R)RCR2213通帶寬度B1(12Rf)

5、CR1R2R3R4選擇性QOB此電路的優(yōu)點(diǎn)是改變R和R的比率即可改變頻寬而不影響中心頻率。f44、帶阻濾波器（BEF）如圖75（a）所示，這類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(hào)不能經(jīng)過（或碰到很大衰減或控制），而在其余頻率范圍，信號(hào)則能順利經(jīng)過。在雙T網(wǎng)絡(luò)后加一級(jí)同對(duì)照率運(yùn)算電路就組成了基本的二階有源BEF。(a)電路圖(b)頻率特點(diǎn)圖75二階帶阻濾波器電路性能參數(shù)通帶增益AupRf1R1中心頻率fO12RC帶阻寬度B2（2Aup）f0選擇性Q12(2Aup)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、12V直流電源2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3、雙蹤示波器4、交流毫伏表5、頻率計(jì)6、A7411；電阻器、電容

6、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72(a)1）粗測(cè)：接通12V電源。ui接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，令其輸出為Ui1V的正弦波信號(hào)，在濾波器截止頻率周邊改變輸入信號(hào)頻率，用示波器或交流毫伏表觀察輸出電壓幅度的變化可否具備低通特點(diǎn)，如不具備，應(yīng)消除電路故障。2）在輸出波形不失真的條件下，采用合適幅度的正弦輸入信號(hào)，在保持輸入信號(hào)幅度不變的情況下，逐點(diǎn)改變輸入信號(hào)頻率。測(cè)量輸出電壓，記入表7-1中，描繪頻率特點(diǎn)曲線。表71f(Hz)100300500700800900937.81k1.5k2k3kVo(V)8887.66.066.325.474.723.121.880.862、二階高通濾波

7、器實(shí)驗(yàn)電路如圖73(a)（1）粗測(cè)：輸入U(xiǎn)i1V正弦波信號(hào)，在濾波器截止頻率周邊改變輸入信號(hào)頻率，觀察電路可否具備高通特點(diǎn)。（2）測(cè)繪高通濾波器的幅頻特點(diǎn)曲線，記入表7-2。f(Hz)1001103005008001k2kVo(V)5.285.767.67.67.67.67.6表72f(Hz)501003005008001k2kVo(V)3.2410.61514.612.610.63.443、帶通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖74(a)，測(cè)量其頻率特點(diǎn)。記入表73。1）實(shí)測(cè)電路的中心頻率fO2）以實(shí)測(cè)中心頻率為中心，測(cè)繪電路的幅頻特點(diǎn)表734、帶阻濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖75(a)所示。（1）實(shí)測(cè)電路的中心頻率f02）測(cè)繪電路的幅頻特點(diǎn)，記入表7-4。表74f(Hz)fL(Hz)fH(Hz)BW(Hz)Vo(V)1.61k5.62k4.01k八、思慮題1、舉例說明上述四種電路在實(shí)質(zhì)生活中的應(yīng)用范圍及作用。答：1、低通濾波器：一般用于濾除高頻攪亂、