有源滤波器电路实验

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、带阻滤波器及其特性。

(2)学会测量有源滤波器的幅频特性。

二、实验仪器

(1)双踪示波器

(2)频率计

(3)交流毫伏表

(4)信号发生器

三、实验原理

1．低通滤波器

低通滤波器是指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器，用一级RC网络组成的称为一阶RC有源低通滤波器，如图1－16－1所示。

为了改善滤波效果，在图1－16－1(a)的基础上再加一级RC网络，为了克服在截止频率附近的通频带范围内幅度下降过多的缺点，通常采用将第一级电容C的接地端改接到输出端的方式，如图1－16－2所示，即为一个典型的二阶有源低通滤波器。

图1－16－1 基本的有源低通滤波器

图1－16－2 二阶低通滤波器

这种有源滤波器的幅频特性为

S代表jω。

2．高通滤波器

只要将低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成有源高通滤波器，如图1－16－3所示。其频率响应和低通滤波器是“镜像”关系。

这种高通滤波器的幅频特性为

图1－16－3 高通滤波器

式中Aμ，ω0，Q的意义与前同。

3．带通滤波器

带通滤波电路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都被阻断。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波电路中将其中一级改成高通而成。如图1－16－4所示，它的输入输出关系为

图1－16－4 典型二阶带通滤波器

中心角频率

频带宽

选择性

这种电路的优点是改变Rf和R1的比例就可改变频带宽而不影响中心频率。

4．带阻滤波器

如图1－16－5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，信号不能通过(或受到很大衰减)，而在其余频率范围，信号则能顺利通过。常用于抗干扰设备中。

图1－16－5 二阶带阻滤波器

这种电路的输入、输出关系为

四、实验内容

1．二阶低通滤波器

(1)关闭系统电源。按图1－16－2所示正确连接电路图。连接信号源输出和Ui。

(2)打开系统电源，调节信号源输出Ui=1V(峰－峰值)的正弦波，改变其频率(接近理论上的截止频率338Hz附近改变)，并维持Ui=1V(峰－峰值)不变，用示波器监视输出波形，用频率计测量输入频率，用毫伏表测量输出电压UO，记入表1－16－1。

表1－16－1 二阶低通滤波器数据记录表

(3)输入方波，调节频率(接近理论上的截止频率338Hz附近调节)，取Ui=1V(峰－峰值)，观察输出波形。越接近截止频率得到的正弦波越好，频率远小于截止频率时波形几乎不变仍为方波。有兴趣的同学以下滤波器也可用方波作为输入，因为方波频谱分量丰富，可以用示波器更好地观察滤波器的效果。

2．二阶高通滤波器

(1)关闭系统电源。按图1－16－3所示正确连接电路图。连接信号源输出和Ui。

(2)打开系统电源，调节信号源输出Ui=1V(峰－峰值)的正弦波，改变其频率(接近理论上的高通截止频率1．6k Hz附近改变)，并维持Ui=1V(峰－峰值)不变，用示波器监视输出波形，用频率计测量输入频率，用毫伏表测量输出电压UO，记入表1－16－2。

表1－16－2 二阶高通滤波器数据记录表

3．带通滤波器

(1)关闭系统电源。按图1－16－4所示正确连接电路图。连接信号源输出和Ui。

(2)打开系统电源。调节信号源输出Ui=1V(峰－峰值)的正弦波，改变其频率(接近中心频率为1040Hz附近改变)，并维持Ui=1V(峰－峰值)不变，用示波器监视输出波形，用频率计测量输入频率，用毫伏表测量输出电压UO，自拟表格记录之。理论值中心频率为1040Hz，上限频率为1080Hz，下限频率为990Hz。

(3)实测电路的中心频率f0。

(4)以实测中心频率为中心，测出电路的幅频特性。

4．带阻滤波器

(1)关闭系统电源。按图1－16－5所示正确连接电路图。连接信号源输出和Ui。

(2)打开系统电源。调节信号源输出Ui=1V(峰－峰值)的正弦波，改变其频率，并维持Ui=1V(峰－峰值)不变，用示波器监视输出波形，用频率计测量输入频率，用毫伏表测量输出电压UO，自拟表格记录之。

(3)实测电路的中心频率。

(4)测出电路的幅频特性。