有源濾波器的設(shè)計與調(diào)試

二、實驗原理

濾波器是一種只傳輸指定頻段信號，抑制其它頻段信號的電路。濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種：①無源濾波器:

由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成②有源濾波器:

一般由集成運放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，同時，由于集成運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作用。第1頁/共22頁第一頁，共23頁。

利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測量及控制技術(shù)中的小信號處理。第2頁/共22頁第二頁，共23頁。從功能來上有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、全通濾波器（APF）。其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而LPF與HPF并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實用電子電路中，還可能同時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)AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。第3頁/共22頁第三頁，共23頁。

本實驗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)計與調(diào)試。（1）二階有源低通濾波器（二階壓控電壓源LPF）低通濾波器的特點是使低頻信號（或直流成分通過、抑制或衰減高頻信號，主要用于削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲信號，例如整流電路中的濾波電路。該濾波器有如下的關(guān)系式：

第4頁/共22頁第四頁，共23頁。通帶電壓放大倍數(shù)： 通帶截止頻率：第5頁/共22頁第五頁，共23頁。典型的二階有源低通濾波器電路如圖8-1(a)所示：

電路的選頻特性基本上取決于RC網(wǎng)絡(luò)，電路還兼有同相放大功能，調(diào)節(jié)RF、Rf即可調(diào)節(jié)電路增益。由于運算放大器在同相工作時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算放大器。10k10k0.1u0.1u10k10k第6頁/共22頁第六頁，共23頁。該電路特點是在組件前加了二階RC低通網(wǎng)絡(luò)，在阻帶區(qū)能提供-40dB/十倍頻程的衰減，其幅頻特性如圖8-1(b)所示：第7頁/共22頁第七頁，共23頁。(a)電路 (b)幅頻特性圖8-1二階有源低通濾波器電路及其幅頻特性

第8頁/共22頁第八頁，共23頁。（2）二階有源高通濾波器（二階壓控電壓源HPF）高通濾波器用于通過高頻信號，抑制或衰減低頻信號（或直流成分）。將圖8-1(a)中的R與C互換，即成為二階有源高通濾波器電路，如圖8-2(a)所示。它能在阻帶區(qū)提供40dB/十倍頻程的正斜率，其幅頻特性如圖8-2(b)所示。在二階有源高通濾波器中，有如下關(guān)系式：第9頁/共22頁第九頁，共23頁。通常取 C1=C2=C,

通帶放大倍數(shù)：

通帶截止頻率：第10頁/共22頁第十頁，共23頁。圖8-2二階有源高通濾波器電路（a）及其幅頻特性(b)10k10k10k10k0.1u0.1u第11頁/共22頁第十一頁，共23頁。

實驗內(nèi)容及步驟：

1.首先將放大器調(diào)零;2.按試驗電路圖接線路,注意以下幾點:第12頁/共22頁第十二頁，共23頁。第13頁/共22頁第十三頁，共23頁。模擬電路實驗箱的用法雙電源的連接：電路元件的連接：電路的輸入：電路的輸出：第14頁/共22頁第十四頁，共23頁。三、實驗內(nèi)容及步驟1．按預(yù)習(xí)要求中的（3）或（4）項中的設(shè)計數(shù)據(jù)畫出實驗電路圖。2．按照所設(shè)計的實驗電路圖在實驗箱上進(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)Vcc=±12V。3．接通電源，使輸入端Vi=0（對地短路），調(diào)節(jié)RP，對運放進(jìn)行調(diào)零（Vo=0）。第15頁/共22頁第十五頁，共23頁。4．送入Vi=1V的交流正弦信號，在20Hz～200kHz范圍內(nèi)改變信號源頻率。用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表測量輸出電壓Vo(注意：在fo附近多測一些點，改變信號源頻率時要保持Vi不變)。觀察電路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特性。第16頁/共22頁第十六頁，共23頁。測出的數(shù)據(jù)請?zhí)钊胍韵卤砀瘢罕?-1和表8-2

表8-1低通濾波器幅頻特性數(shù)據(jù)

Vi（v）f（Hz）5103060100150200250300350400500VO（v）第17頁/共22頁第十七頁，共23頁。表8-2高通濾波器幅頻特性數(shù)據(jù)Vi（v）f（Hz）102050100120150180200250300350400VO（v）第18頁/共22頁第十八頁，共23頁。5．參照上述實驗原理和步驟，查資料自行設(shè)計一帶阻濾波器，要求畫出實驗電路圖，自擬實驗步驟和表格，實際測出電路中心頻率，同時以實測中心頻率為中心，測量并畫出電路的幅頻特性。第19頁/共22頁第十九頁，共23頁。

圖8-3帶通濾波器第20頁/共22頁第二十頁，共23頁。第21頁/共22頁第二十一頁，共23頁。感謝您的觀看！第22頁/共22頁第二十二頁，共23頁。內(nèi)容總結(jié)二、實驗原理。濾波器是一種只傳輸指定頻段信號，抑制其它頻段信號的電路。圖8-1二階有源低通濾波器電路及其幅頻特性。圖8-2二階有源高通濾波器電路（a）