2022年有源模拟滤波器实验报告 .pdf
实验报告课程名称模拟滤波器实验项目名称有源模拟滤波器设计实验实验类型实验学时8班级学号姓名指导教师实验室名称实验时间预习部分实验过程表现实验报告部分总成绩实验成绩教师签字日期哈尔滨工程大学教务处制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 12 页一、实验目的1.掌握滤波器的滤波性能特点。2.掌握常规模拟滤波器的设计、实现、调试、测试方法。3.掌握滤波器主要参数的调试方法。4.了解电路软件的仿真方法。二、实验原理有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的结束n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下：1.根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。2.选择具体的电路形式。3.根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。4.解方程组求出电路中元件的具体数值。5.安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。根据滤波器所能通过信号的频率范围或阻带信号频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。a)有源二阶低通滤波器（LPF）图 1 压控电压源二阶低通滤波器b)有源二阶高通滤波器（HPF）图 2 压控电压源二阶高通滤波器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 12 页c)有源带通滤波器（BPF）图 3 压控电压源二阶带通滤波器d)带阻滤波器（NF）图 4 压控电压源双T 二阶有源带阻滤波器三、实验仪器1.示波器2.信号源3.万用表4.直流稳压电源四、实验内容1.二阶低通滤波器 参照图 4 电路安装二阶低通滤波器。元件值取：R1 = R2 = R = 1.6k ， R3 = 17k， R4 =10k ，C1 = C2 = C =0.1 F，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo 和Q 的值。利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。取 Ui = 2V ，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，并将测量结果与理论值相比较。2.二阶高通滤波器 参照图 6 电路安装二阶高通滤波器。元件值取：R1 = R2 = R = 1.6k ， R3 = 1.7k，R4 = 10k， C1 = C2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 12 页= C = 0.1F， Q = 0.707，计算截止频率fc 和通带电压放大倍数Auo 的值。利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。取Ui = 2V ，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，并将测量结果与理论值相比较。3.二阶带通滤波器 参照图 9 电路安装二阶带通滤波器。元件值取：R1 = R2 = R = 1.5k ， R3 = 2R = 3k，R4 = 10k，R5 = 19k， C1 = C2 = C = 0.1 F，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo 和Q 的值。利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。取Ui = 2V ，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，测出带宽 BW，并将测量结果与理论值相比较。4.二阶带阻滤波器 参照图 12 电路安装二阶带通滤波器。元件值取：R1 = R2 =R = 3k ， R3 = 0.5R = 1.5k， R4 = 20k，R5 = 10k， C1 = C2 = C = 0.1 F， C3 = 2C = 0.2 F，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo 和Q 的值。利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。取Ui = 2V ，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，测出带宽 BW，并将测量结果与理论值相比较。五、实验预习和仿真1.压控电压源型有源二阶低通滤波器仿真电路：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 12 页仿真结果（幅频特性曲线）：2.压控电压源型有源二阶高通滤波器仿真电路：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 12 页仿真结果：3.压控电压源型有源二阶带通滤波器仿真电路：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 12 页仿真结果：4.压控电压源型有源二阶带阻滤波器仿真电路：仿真结果：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 12 页六、实验数据记录及分析1.二阶低通滤波器元件实测值记录表：R1R2R3R4C1C21.587k1.581k17.48k9.64k0.056uF0.059uF滤波器特性：滤波器参数理论值测量值Au01.551.58fc/kHz1.741.82Q0.70.72幅频特性曲线测量数据记录表：f（kHz）0.10.50.70.80.91.01.11.21.31.4Upp（V）3.163.153.123.123.083.042.962.882.802.72f（kHz）1.51.61.71.81.821.92.02.12.22.3Upp（V）2.62.482.362.242.212.081.921.841.761.64f（kHz）2.42.53.03.54.010.0Upp（V）1.521.441.040.8610.6240.108精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 12 页01234567891000.511.522.533.5二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二f/kHzVpp/Vfs=1.82,Vpp=2.212.二阶高通滤波器元件实测值记录表：R1R2R3R4C1C21.587k1.581k17.48k9.64k0.056uF0.059uF滤波器特性：滤波器参数理论值测量值Au01.551.5fc/kHz1.741.8Q0.70.68幅频特性曲线测量数据记录表：f（kHz）0.10.50.80.91.01.11.21.31.41.5Upp（V）0.020.2680.6320.8240.9761.141.311.471.601.74f（kHz）1.61.71.741.81.92.02.12.22.32.4Upp（V）1.882.002.042.122.222.32.382.462.522.56f（kHz）2.52.72.93.23.54.05.010.0Upp（V）2.622.682.762.822.862.923.003.00精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 12 页01234567891000.511.522.533.5二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二f/kHzVpp/Vfs=1.8kHz,Vpp=2.12V3.二阶带通滤波器元件实测值记录表：R1R2R3R4R5C1C21.465k1.469k2.99k9.7k4.9 k0.0628uF0.0635uF滤波器特性：滤波器参数理论值测量值Au010.985fo/kHz1.661.7fc1/kHz0.840.87fc2/kHz3.33.5Q0.6750.64幅频特性曲线测量数据记录表：f（kHz）0.10.20.30.40.50.60.70.870.91.01.1Upp（V）0.1720.3420.5120.6810.8461.011.161.391.4251.561.64f（kHz）1.21.31.41.51.61.71.81.92.02.32.6Upp（V）1.751.821.881.921.951.971.951.951.921.831.73f（kHz）3.03.33.54.04.55.06.07.08.09.010.0Upp（V1.571.461.391.241.111.00.8420.7170.6250.5620.525精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 12 页）01234567891000.20.40.60.811.21.41.61.82二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二f/kHzVpp/Vfs1=0.87kHz,Vpp=1.39Vfs2=3.5kHz,Vpp=1.39V4.二阶带阻滤波器元件实测值记录表：R1R2R3R4R5C1C2C32.98k2.99k1.465k19.87k9.7 k0.0582uF0.0608uF0.1263uF滤波器特性：滤波器参数理论值测量值Au01.51.47fo/kHz0.9210.86fc1/kHz0.570.51fc2/kHz1.491.35Q11.02幅频特性曲线测量数据记录表：f（kHz）0.10.20.30.40.50.510.60.70.80.90.92Upp（V）2.942.882.722.502.142.081.741.160.4520.2760.368f（kHz1.01.11.21.31.351.41.51.61.71.81.9精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 12 页）Upp（V）0.8241.361.701.962.082.162.302.442.522.562.62f（kHz）2.03.05.010.00.86Upp（V）2.702.882.942.940.05401234567891000.511.522.53二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二f/kHzVpp/Vfs1=0.51kHz,Vpp=2.08Vfs2=1.35kHz,Vpp=2.08V七、实验感想通过本次实验，我对各类滤波器的特性有了充分的认识，利用低通滤波器和高通滤波器串并联，便可构造出带通滤波器和带阻滤波器，并学会了滤波器的设计方法，通过对滤波器各项参数（如K， fs，fo等）的计算，掌握了压控电压源型滤波器电路中各个元器件对滤波器频率特性和增益的影响。在实验中，通过操作仪器，学会了利用信号源扫频模式测量系统频率特性的参数设置方法，并熟练掌握了手动调节示波器的使用方法，在滤波器频率特性测量过程中，学会了利用0.1fo和 10fo近似测量低通高通通带增益Ko的方法。在实验过程中，我发现测量数据与理论计算结果有较大差别，经过理论分析，发下是所选 0.1uf 电容实际值误差较大，一般都在0.06uf 左右，后来通过对选用电阻、电容实际值进行测量并带入计算，发现测量值与计算值较好的吻合了。在带通滤波器仿真过程中中，发现Rf值选用过大，导致通带增益过大，在测量过程中发生输出波形限幅，通过更换Rf=5K，再次较好的用测量值验证了理论值。总之，这次实验让我收获很大，这种用实践检验理论的过程让我感受到了成功的快乐。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 12 页
