有源濾波器實(shí)驗(yàn)

東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告第8次實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：有源濾波器實(shí)驗(yàn)完成名次：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)八有源濾波器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆沼蛇\(yùn)算放大器組成的RC有源濾波器的工作原理熟練掌握RC有源濾波器的工程設(shè)計(jì)方法掌握濾波器基本參數(shù)的測(cè)量方法進(jìn)一步熟悉MultiSim軟件高級(jí)分析功能的使用方法設(shè)計(jì)提示：有源濾波器設(shè)計(jì)中選擇運(yùn)算放大器主要考慮帶寬、增益范圍、噪聲、動(dòng)態(tài)范圍這四個(gè)參數(shù)。帶寬：當(dāng)為濾波器選擇運(yùn)算放大器時(shí)，一個(gè)通用的規(guī)則就是確保它具有所希望濾波器頻率10倍以上帶寬，最好是20倍的帶寬。如果設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器，則要確保運(yùn)算放大器的帶寬滿(mǎn)足所有信號(hào)通過(guò)。增益范圍：有源濾波器設(shè)計(jì)需要有一定的增益。如果所選擇的運(yùn)算放大器是一個(gè)電壓反饋型的放大器，使用較大的增益將會(huì)導(dǎo)致其帶寬低於預(yù)期的最大帶寬，并會(huì)在最差的情況下振蕩。對(duì)一個(gè)電流反饋型運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)，增益取的不合適將被迫使用對(duì)於實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)太小或太大的電阻。噪聲：運(yùn)算放大器的輸入電壓和輸入電流的噪聲將影響濾波器輸出端的噪聲。在噪聲為主要考慮因素的應(yīng)用里，你需要計(jì)算這些影響（以及電路中的電阻所產(chǎn)生熱噪聲的影響）以確定所有這些噪聲的疊加是否處在有源濾波器可接受的范圍內(nèi)。動(dòng)態(tài)范圍：在具有高Q值的濾波器里面，中間信號(hào)有可能大於輸入信號(hào)或者大於輸出信號(hào)。對(duì)操作恰當(dāng)?shù)臑V波器來(lái)說(shuō)，所有的這些信號(hào)必須能夠通過(guò)而無(wú)出現(xiàn)削波或過(guò)度失真的情況目前已經(jīng)有很多專(zhuān)業(yè)的有源濾波器設(shè)計(jì)軟件如：德州儀器的FilterPro、國(guó)家半導(dǎo)體WEBENCH?中的ActiveFilterDesigner、NuhertzTechnologies的FilterSolutions等。這些軟件可以根據(jù)您的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求很快的算出電路參數(shù)，很大程度上節(jié)省了開(kāi)發(fā)周期。預(yù)習(xí)思考：根據(jù)38頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1的指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，畫(huà)出電路圖，計(jì)算各元件參數(shù)。所有的電阻和電容值必須采用標(biāo)稱(chēng)值代替計(jì)算值。計(jì)算過(guò)程：根據(jù)設(shè)計(jì)要求：截止頻率，利用公式有：根據(jù)現(xiàn)有元件的標(biāo)稱(chēng)值，選擇，使得逼近計(jì)算值。此時(shí)的實(shí)際值應(yīng)為當(dāng)時(shí)，由得到取，使逼近計(jì)算值，此時(shí)的實(shí)際值為電路設(shè)計(jì)與MultiSim模擬：根據(jù)39頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2的指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器，畫(huà)出電路圖，計(jì)算各元件參數(shù)。所有的電阻和電容值必須采用標(biāo)稱(chēng)值代替計(jì)算值。計(jì)算過(guò)程：根據(jù)設(shè)計(jì)要求：截止頻率，仍取，利用公式有：由于的取值不變，的選取，通帶增益與上題一樣。當(dāng)時(shí)，由得到取，使逼近計(jì)算值，此時(shí)的實(shí)際值為電路設(shè)計(jì)與MultiSim模擬：用Multisim軟件完成38頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、2、3必做實(shí)驗(yàn)：實(shí)物搭接完成38頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1，測(cè)量帶內(nèi)增益、截止頻率和帶外衰減速率，畫(huà)出幅頻特性曲線(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄：2505008001K1.5K2K5K10KVi/V1V1V1V1V1V1V1V1VVo/V1.581.571.571.551.541.530.350.09320lgAv3.973.913.913.813.753.69—9.11—20.71作圖：帶內(nèi)增益為；為截止增益，實(shí)測(cè)得對(duì)應(yīng)的截止頻率；由幅頻特性曲線(xiàn)看出，帶外衰減速率可以用5KHz和10KHz時(shí)的分貝數(shù)測(cè)出：（—9.11）—（—20.71）=11.6dB，即11.6dB/倍頻，也即38dB/十倍頻題目要求處的衰減速率不低于，滿(mǎn)足要求。部分波形圖：通帶：截止：實(shí)物搭接完成39頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2，測(cè)量帶內(nèi)增益、截止頻率和帶外衰減速率，畫(huà)出幅頻特性曲線(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄：保證501002503004005001K2KVi/V1V1V1V1V1V1V1V1VVo/V0.0170.0670.390.570.891.131.551.5620lgAv—35.39—23.47—8.17—4.48—1.021.063.803.86根據(jù)題目要求，的幅度衰減不低于，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)增益為20lg0.41=—7.74dB,衰減為3.86—（—8.17）=12.03>12dB，滿(mǎn)足要求。帶內(nèi)增益為20lg1.56=3.86；為截止增益，實(shí)測(cè)得對(duì)應(yīng)的截止頻率；由幅頻特性曲線(xiàn)看出，帶外衰減速率可以用和時(shí)的分貝數(shù)測(cè)出：（—8.17）—（—23.47）=15.3dB，即15.3dB/2.5倍頻，即39dB/十倍頻。作圖：部分波形圖：通帶：截止：注意事項(xiàng)：電阻的標(biāo)稱(chēng)值盡可能接近設(shè)計(jì)值，