有源濾波電路——低通和高通濾波器

1、實驗報告實驗名稱：有源濾波電路低通和高通濾波器 實驗類型：_綜合實驗_一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、 實驗?zāi)康?. 掌握有源濾波電路的基本概念，了解濾波電路的選頻特性、通頻帶等概念，加深對有源濾波電路的認(rèn)識和理解。2. 用Pspice仿真的方法來研究濾波電路，了解元件參數(shù)對濾波效果的影響。3. 根據(jù)給定的低通和高通濾波器結(jié)構(gòu)和元件，分析其工作特點及濾波效果，分析電路的頻率特性。4. 分別利用低通和高通濾波器搭建帶通和帶阻濾波器電路，觀察和分析其輸出波形特點，分析

2、電路的頻率特性。裝 訂 線二、 實驗原理1. 低通濾波器電路圖1所示為無限增益多路反饋低通濾波器電路，它是一種非常通用的具有反相增益的濾波器，具有結(jié)構(gòu)簡單、特性穩(wěn)定、輸出阻抗低的特點。電路的傳遞函數(shù)為： 其中： ，低通濾波器的設(shè)計截止頻率為6kHz，增益為2，各元件參數(shù)為： C=0.01F，C1=0.0015F，R1=4.28（4.3）k，R2=8.57（8.2）k，R3=5.49（5.6）k。其中電阻值分別表示為設(shè)計值和實際元件標(biāo)稱值（括號內(nèi)）。2. 高通濾波器電路電路的傳遞函數(shù)為： 其中： ，高通濾波器的設(shè)計截止頻率為10kHz，增益為2，各元件參數(shù)為： C=0.01F，C1=0.005（

3、0.0047）F，R1=1.5k，R2=9.38（9.1）k。其中元件值分別表示為設(shè)計值和實際元件標(biāo)稱值（括號內(nèi)）。3. 帶通和帶阻濾波器分別將圖1和圖2所示低通和高通濾波器級聯(lián)，可以得到一個帶通濾波器，如圖3(a)所示；將低通和高通濾波器的輸出波形相加，可以得到一個帶阻濾波器，如圖3(b)所示。三、 主要儀器設(shè)備1信號源2動態(tài)實驗單元濾波器組件3可存儲式數(shù)字示波器四、 實驗任務(wù)實驗任務(wù)包括兩大部分，首先利用PSpice軟件進(jìn)行仿真實驗（任務(wù)1、2），然后進(jìn)行操作實驗（任務(wù)3、4和5）。1 利用PSpice軟件，對給出的低通和高通濾波器的工作特性進(jìn)行仿真分析。輸入信號選擇幅值為1V，f=1KH

4、z的方波電壓。觀察一個方波信號分別通過低通和高通濾波器后，波形和諧波成分的變化。2 利用PSpice軟件進(jìn)行仿真分析，將低通和高通濾波器級聯(lián)為帶通濾波器、相加為帶阻濾波器，輸入信號選擇幅值為1V，f=1KHz的方波電壓，觀察一個方波信號分別通過帶通濾波器和帶阻濾波器后，波形和諧波成分的變化。3 使用Um=1V，f=1KHz的方波電壓信號源輸出，連接到動態(tài)電路板的輸入端，將激勵源和低通濾波器、高通濾波器的輸出端分別連至示波器的兩個輸入口YA和YB，這時可在示波器的屏幕上同時觀察到激勵與響應(yīng)的變化規(guī)律。觀察并記錄此時的輸出信號的變化；對濾波后的信號作fft分析，觀察信號中諧波成分的變化情況。4 將

5、低通和高通濾波器級聯(lián)，實現(xiàn)帶通濾波器的功能；將低通和高通濾波器輸出信號相加，實現(xiàn)帶阻濾波器的功能。輸入信號選擇幅值為1V，f=1KHz的方波電壓，觀察并記錄此時的輸出信號的變化；對濾波后的信號作fft分析，觀察信號中諧波成分的變化情況。5 使用正弦電壓信號源輸出，繪制低通和高通級聯(lián)而成的帶通濾波器的幅頻特性圖。 6 選做內(nèi)容：將可調(diào)電阻接入反相加法器的反饋回路，定性地觀察當(dāng)此電阻變化時，加法器輸出信號的變化。7 選做內(nèi)容：使用Um=1V，f=1KHz的方波電壓信號源輸出，將三個帶通濾波器的輸出連接到同相加法器的輸入端，觀察并記錄同相加法器輸出端信號，并對此信號分別作fft分析，觀察信號中諧波成

6、分的變化情況。五、 實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1、仿真實驗（1）低通濾波器：FFT：幅頻特性：（2）高通濾波器：FFT：幅頻特性：（3）帶通濾波器：FFT：幅頻特性：（4）帶阻濾波器：FFT：幅頻特性：2、實際操作實驗（1）低通濾波器：FFT：（2）高通濾波器：FFT：（3）帶通濾波器：FFT：（4）帶阻濾波器：FFT：（5）使用正弦電壓信號源輸出，繪制低通和高通級聯(lián)而成的帶通濾波器的幅頻特性圖。數(shù)據(jù)：f（kHz）U(V)1.82870.1332.56210.2433.09110.3363.72720.4514.44520.5645.23480.6485.57620.6675.91210.6766.1

7、1570.6776.36270.6746.64320.668f（kHz）U(V)7.21450.648.06660.588.53080.5439.04090.5029.37410.4749.69370.4510.1340.41811.1220.35111.8760.30712.9110.25614.1740.207幅頻特性圖：六、 實驗結(jié)果與分析1、 低通和高通濾波器對通過的信號的影響，原信號波形和諧波成分的變化低通濾波器能使頻率低于某個頻率的信號通過，而濾掉高于該頻率的信號，并將其放大為輸入信號的n倍。在該頻率附近的諧波成分保留，高于該頻率的諧波成分很小甚至沒有。高通濾波器能使頻率高于某個頻率的信號通過，而濾掉低于該頻率的信號，并將其放大為輸入信號的n倍。在該頻率附近的諧波成分保留，低于該頻率的諧波成分很小甚至沒有。2、 有源濾波器電路工作特性有源濾波器是指用晶體管或運放構(gòu)成的包含放大和反饋的濾波器，包括正反饋和負(fù)反饋，有源濾波器的實現(xiàn)，可分為直接實現(xiàn)和級聯(lián)實現(xiàn)。其具有高度可控性和快速響應(yīng)性，具體特點為：不僅能補償各次諧波，還可以抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。通過與以前實驗無源濾波器的對比，有源帶通濾波器能將得到的信號進(jìn)行放大；輸出端是否帶載，不影響輸出的