實(shí)驗(yàn)九 無源與有源濾波器

實(shí)驗(yàn)九無源與有源濾波器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解RC無源和有源濾波器的種類、基本結(jié)構(gòu)及其特性；

2．分析和對比無源和有源濾波器的濾波特性。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1．THBCC-1型信號與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺

2．PC機(jī)（安裝THBCC-1”軟件）

3．雙蹤慢掃描示波器1臺(選配)

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1．測試無源和有源LPF(低通濾波器)的幅頻特性；

2．測試無源和有源HPF(高通濾波器)的幅頻特性；

3．測試無源和有源BPF(帶通濾波器)的幅頻特性；

4．測試無源和有源BEF(帶阻濾波器)的幅頻特性；

四、實(shí)驗(yàn)原理

1．濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率（通常是某個頻率范圍）的信號通過，而其它頻率的信號幅值均要受到衰減或抑制。這些網(wǎng)絡(luò)可以由RLC元件或RC元件構(gòu)成的無源濾波器，也可由RC元件和有源器件構(gòu)成的有源濾波器。

根據(jù)幅頻特性所表示的通過或阻止信號頻率范圍的不同，濾波器可分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、和帶阻濾波器（BEF）四種。圖9-1分別為四種濾波器的實(shí)際幅頻特性的示意圖。

圖9-1四種濾波器的幅頻特性

2．四種濾波器的傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路如圖9-2所示：

(a)無源低通濾波器(b)有源低通濾波器

(c)無源高通濾波器(d)有源高通濾波器

(e)無源帶通濾波器(f)有源帶通濾波器

(g)無源帶阻濾波器(h)有源帶阻濾波器

圖9-2四種濾波器的實(shí)驗(yàn)電路

3．濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H（jω），又稱為正弦傳遞函數(shù)，它可用下式表示

式中A(ω)為濾波器的幅頻特性，為濾波器的相頻特性。它們均可通過實(shí)驗(yàn)的方法來測量。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1．用掃頻電源時(shí)(定性觀測，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有雙蹤慢掃描示波器----可選做)

1）用掃頻電源和示波器（或交流數(shù)字電壓表），從總體上先觀察各類濾波器的濾波特性。接線時(shí)濾波器的輸入端接掃頻電源的輸出，濾波器的輸出端接示波器或交流數(shù)字電壓表（掃頻電源的使用說明見附錄）；

2）參照圖9-2(a)、(b)觀察無源和有源低通濾波器的幅頻特性；

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在保持正弦波信號輸出電壓幅值（Ui）不變的情況下，逐漸改變其輸出頻率，用示波器或?qū)嶒?yàn)臺提供的交流數(shù)字電壓表（f＜200KHz），測量RC濾波器輸出端的電壓U0。當(dāng)改變信號源頻率時(shí)，都應(yīng)觀測一下Ui是否保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如有改變應(yīng)及時(shí)調(diào)整；

3)參照步驟2）分別測試無源、有源HPF、BPF、BEF的幅頻特性。

2．用函數(shù)信號發(fā)生器時(shí)(定量觀測)

1）用實(shí)驗(yàn)臺上的“函數(shù)信號發(fā)生器”的輸出端連接到無源或有源LPF濾波器的輸入端和“數(shù)據(jù)采集接口單元”的“AD1”；同時(shí)將濾波器的輸出端與“數(shù)據(jù)采集接口單元”的“AD2”相連；

2）調(diào)節(jié)“函數(shù)信號發(fā)生器”的輸出頻率和幅值（一般VP-P為8V），用“THBCC-1”軟件測量低通濾波器輸入、輸出端的幅值(選雙通道時(shí))，并計(jì)算其比值，然后描繪其幅頻特性；

3）用同樣的方法測量無源、有源HPF、BPF、BEF的幅頻特性。

注意：做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，虛擬示波器選擇“Plot(x1,x2)”模式。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量所得數(shù)據(jù)，繪制各類濾波器的幅頻特性曲線。注意應(yīng)將同類型的無源和有源濾波器幅頻特性繪制在同一坐標(biāo)平面上，以便比較并計(jì)算出特征頻率、截止頻率和通頻帶。

2．比較分析各類無源和有