有源滤波器实验报告

实验七集成运算放大器的基本应用(町一有源滤波器之答禄夫天创作仓I作时间：贰零贰壹年柒月贰叁拾日一、实验目的1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和 带通、带阻滤波器。2、学会丈量有源滤波器的幅频特性。二、实验原理(a)低通(b)高通(c)带通(d)带阻图 71 四种滤波电路的幅频特性示意图由 RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC 有源滤波器， 其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率 范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方 面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范 围。根据对频率范围的选择分歧，可分为低通(LPF)、高通 (HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如 图 71 所示。具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅 频特性去迫近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相 频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶 RC 有滤波器级联实 现。1、低通滤波器(LPF) 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。如图7 2 (a)所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两 级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接 至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图7 2 (b) 为二阶低通滤波器幅频特性曲线。(a)电路图(b)频率特性图72 二阶低通滤波器电路性能参数A 1 RA = 1 HfUP R1二阶低通滤波器的通带增益f二丄o 2nc截止频率,它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。Q = 3_uP品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。2、高通滤波器(HPF)与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑 制低频信号。只要将图 72 低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互 换，即可酿成二阶有源高通滤波器，如图7 3(a)所示。高通滤 波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜 象”关系，仿照LPH分析方法，不难求得HPF的幅频特性。电路性能参数A f Q各量的函义同二阶低通滤波器。uP、 0、图7 3 (b)为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，可见，它 与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。3、带通滤波器(BPF)(a)电路图(b)幅频特性图7-4二阶带通滤波器这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通 过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或 抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改 成高通而成。如图74 (a)所示。电路性能参数A = d通带增益up RCB中心频率通带宽度选择性此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中 心频率。4、带阻滤波器（BEF）如图7 5 （a）所示，这种电路的性能和带通滤波器相反， 即在规定的频带内，信号不克不及通过（或受到很大衰减或抑 制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。在双 T 网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶 有源BEFo（a）电路图（b）频率特性图75 二阶带阻滤波器电路性能参数A = 1 + Rf 通带增益upRf -中心频率o2nRC带阻宽度 B = 2 (2 A ) fup 0选择性Q = 2(2-A )三、实验设备与器件1、±12V 直流电源 2 、函数信号发生器 3 、双踪示波器 4、交流毫伏表5、频率计 6、A741X1；电阻器、电容器若干。四、实验内容1、二阶低通滤波器实验电路如图7 2(a)(1)粗测：接通±12V电源。u接函数信号发生器，令其输i出为U =1V的正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号i频率，用示波器或交流毫伏表观察输出电压幅度的变更是否具备 低通特性，如不具备，应排除电路故障。(2)在输出波形不失真的条件下，选取适当幅度的正弦输入 信号，在维持输入信号幅度不变的情况下，逐点改变输入信号频 率。丈量输出电压，记入表7-1中，描绘频率特性曲线。表71f(Hz)1003005007008009001k2k3kVo(V)8882、二阶高通滤波器 实验电路如图7 3(a)(1) 粗测：输入U=1V正弦波信号，在滤波器截止频率附i近改变输入信号频率，观察电路是否具备高通特性。(2) 测绘高通滤波器的幅频特性曲线，记入表7-2。f(Hz)1001103005008001k2kVo(V)表7 2f(Hz)501003005008001k2kVo(V)153、带通滤波器实验电路如图74(a)，丈量其频率特性。记入表7 3。(1) 实测电路的中心频率fO(2) 以实测中心频率为中心，测绘电路的幅频特性表734、带阻滤波器实验电路如图7 5(a)所示。(1) 实测电路的中心频率f0(2) 测绘电路的幅频特性，记入表7-4。表74f(Hz)fL(Hz)fH(Hz)BW(Hz)Vo(V)八、思考题1、举例说明上述四种电路在实际生活中的应用范围及作用答：1、低通滤波器：般用于滤除高频干扰2、高通滤波器：一般用于滤除低频干扰或交流耦合3、带滞滤波器：一般用于通过限定带宽的有效信号4、带阻滤波器：一般用于滤除特定频率的干扰信号2、画出上述四种电路的幅频特性曲线图。1、低通滤波器：2、高通滤波器：3、带滞滤波器：4、带阻滤波器：仓I作时间：贰零贰壹年柒月贰叁拾日