有源滤波器的设计与调试.pptx
二、实验原理二、实验原理 滤滤波波器器是是一一种种只只传传输输指指定定频频段段信信号号，抑抑制制其其它它频频段段信号的电路。信号的电路。滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：无源滤波器无源滤波器:由电感由电感L L、电容、电容C C及电阻及电阻R R等无源元件组成等无源元件组成 有源滤波器有源滤波器:一一般般由由集集成成运运放放与与RCRC网网络络构构成成，它它具具有有体体积积小小、性性能能稳稳定定等等优优点点，同同时时，由由于于集集成成运运放放的的增增益益和和输输入入阻阻抗抗都都很很高高，输输出出阻阻抗抗很很低低，故故有有源源滤滤波波器器还还兼兼有有放放大与缓冲作用。大与缓冲作用。第1页/共22页 利利用用有有源源滤滤波波器器可可以以突突出出有有用用频频率率的的信信号号，衰衰减减无无用用频频率率的的信信号号，抑抑制制干干扰扰和和噪噪声声，以以达达到到提提高高信信噪噪比比或或选选频频的的目目的的，因因而而有有源源滤滤波波器器被被广广泛泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。第2页/共22页从功能来上有源滤波器分为：从功能来上有源滤波器分为：低通滤波器（低通滤波器（LPFLPF）、高通滤波器（）、高通滤波器（HPFHPF）、）、带通滤波器（带通滤波器（BPFBPF）、带阻滤波器（）、带阻滤波器（BEFBEF）、）、全通滤波器（全通滤波器（APFAPF）。）。其其中中前前四四种种滤滤波波器器间间互互有有联联系系，LPFLPF与与HPFHPF间间互互为为对对偶偶关关系系。当当LPFLPF的的通通带带截截止止频频率率高高于于HPFHPF的的通通带带截截止止频频率率时时，将将LPFLPF与与HPFHPF相相串串联联，就就构构成成了了BPFBPF，而而LPFLPF与与HPFHPF并并联联，就就构构成成BEFBEF。在在实实用用电电子子电电路路中中，还还可可能能同同时时采采用用几几种种不不同同型型式式的的滤滤波波电电路路。滤滤波波电电路路的的主主要要性性能能指指标标有有通通带带电电压放大倍数压放大倍数AVPAVP、通带截止频率、通带截止频率f fP P及阻尼系数及阻尼系数Q Q等。等。第3页/共22页 本实验介绍二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤本实验介绍二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器的一般设计与调试。波器的一般设计与调试。（1 1）二阶有源低通滤波器（二阶压控电压源）二阶有源低通滤波器（二阶压控电压源LPFLPF）低通滤波器的特点是使低频信号（或直流成分通低通滤波器的特点是使低频信号（或直流成分通过、抑制或衰减高频信号，主要用于削弱高次谐波或过、抑制或衰减高频信号，主要用于削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声信号，例如整流电路中的滤波频率较高的干扰和噪声信号，例如整流电路中的滤波电路。该滤波器有如下的关系式：电路。该滤波器有如下的关系式：第4页/共22页通带电压放大倍数：通带电压放大倍数：通带截止频率：通带截止频率：第5页/共22页典型的二阶有源低通滤波器电路如图典型的二阶有源低通滤波器电路如图8-1(a)8-1(a)所示：所示：电路的选频特性基本上取决于电路的选频特性基本上取决于RCRC网络，电路还兼有同相放大功网络，电路还兼有同相放大功能，调节能，调节R RF F、R Rf f即可调节电路增益。由于运算放大器在同相工作即可调节电路增益。由于运算放大器在同相工作时输入端有较高的共模电压，故应选用共模输入电压较高的运算时输入端有较高的共模电压，故应选用共模输入电压较高的运算放大器。放大器。10k10k0.1u0.1u10k10k第6页/共22页该电路特点是在组件前加了二阶该电路特点是在组件前加了二阶RCRC低通网络，在阻带区能提供低通网络，在阻带区能提供 -40dB/-40dB/十倍频程十倍频程的衰减，其幅频特性如图的衰减，其幅频特性如图8-1(b)8-1(b)所示：所示：第7页/共22页 (a)(a)电路电路 (b)(b)幅频特性幅频特性 图图8-1 8-1 二阶有源低通滤波器电路及其幅频特性二阶有源低通滤波器电路及其幅频特性 第8页/共22页（2 2）二阶有源高通滤波器（二阶压控电压源）二阶有源高通滤波器（二阶压控电压源HPFHPF）高通滤波器用于通过高频信号，抑制或衰减低频信号高通滤波器用于通过高频信号，抑制或衰减低频信号（或直流成分）。（或直流成分）。将图将图8-1(a)8-1(a)中的中的R R与与C C互换，即成为二阶有源高通滤波互换，即成为二阶有源高通滤波器电路，如图器电路，如图8-2(a)8-2(a)所示。所示。它能在阻带区提供它能在阻带区提供40dB/40dB/十倍频程的正斜率，其幅频特十倍频程的正斜率，其幅频特性如图性如图8-2(b)8-2(b)所示。在二阶有源高通滤波器中，有如下所示。在二阶有源高通滤波器中，有如下关系式：关系式：第9页/共22页通常取通常取C C1 1=C=C2 2=C,=C,通带放大倍数：通带放大倍数：通带截止频率：通带截止频率：第10页/共22页图图8-2 8-2 二阶有源高通滤波器电路（二阶有源高通滤波器电路（a a）及其幅频特性）及其幅频特性(b)(b)10k10k10k10k0.1u0.1u第11页/共22页 实验内容及步骤：实验内容及步骤：1.首先将放大器调零首先将放大器调零;2.按试验电路图接线路按试验电路图接线路,注意以下几点注意以下几点:第12页/共22页第13页/共22页模拟电路实验箱的用法模拟电路实验箱的用法双电源的连接：双电源的连接：电路元件的连接：电路元件的连接：电路的输入：电路的输入：电路的输出：电路的输出：第14页/共22页三、实验内容及步骤三、实验内容及步骤1 1按预习要求中的（按预习要求中的（3 3）或（）或（4 4）项中的设计数据）项中的设计数据画出实验电路图。画出实验电路图。2 2按照所设计的实验电路图在实验箱上进行接插。按照所设计的实验电路图在实验箱上进行接插。按要求连接正、负电源，并用数字式万用表调节按要求连接正、负电源，并用数字式万用表调节Vcc=12VVcc=12V。3 3接通电源，使输入端接通电源，使输入端Vi=0Vi=0（对地短路），调节（对地短路），调节R RP P，对运放进行调零（，对运放进行调零（Vo=0Vo=0）。）。第15页/共22页4 4送入送入V Vi i=1V=1V的交流正弦信号，在的交流正弦信号，在20Hz20Hz200kHz200kHz范围内改变信号源频率。范围内改变信号源频率。用示波器监视输出波形，用交流毫伏表测用示波器监视输出波形，用交流毫伏表测量输出电压量输出电压Vo(Vo(注意：在注意：在fofo附近多测一些点，附近多测一些点，改变信号源频率时要保持改变信号源频率时要保持ViVi不变不变)。观察电路。观察电路是否具有高通特性或低通特性，并记录相应的是否具有高通特性或低通特性，并记录相应的频率及输出电压幅值。以次绘制出电路的幅频频率及输出电压幅值。以次绘制出电路的幅频特性。特性。第16页/共22页测出的数据请填入以下表格：表测出的数据请填入以下表格：表8-18-1和表和表8-28-2表表8-1 8-1 低通滤波器幅频特性数据低通滤波器幅频特性数据ViVi（v v）f f（HzHz）5 5101030306060100100150150200200250250300300350350400400500500V VO O（v v）第17页/共22页表表8-2 8-2 高通滤波器幅频特性数据高通滤波器幅频特性数据ViVi（v v）f f（HzHz）102050100120150180200250300350400V VO O（v v）第18页/共22页5 5参照上述实验原理和步骤，查资料自行设计一参照上述实验原理和步骤，查资料自行设计一带阻滤波器，要求画出实验电路图，自拟实验步带阻滤波器，要求画出实验电路图，自拟实验步骤和表格，实际测出电路中心频率，同时以实测骤和表格，实际测出电路中心频率，同时以实测中心频率为中心，测量并画出电路的幅频特性。中心频率为中心，测量并画出电路的幅频特性。第19页/共22页 图图8-3 8-3 带通滤波器带通滤波器第20页/共22页第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页
