无源和有源滤波器

信号与系统课程实践《无源和有源滤波器》学院：物理与电气工程学院专业：电子信息工程指导教师：冯丽娜学号：131102016姓名：郭帅锋成绩:日期：2015年5月31日无源和有源滤波器引言：在电子电路中，输入信号的频率有很多，其中有些频率是需要的工作信号，有些频率是不需要的干扰信号。如果这两个信号在频率上有较大的差别，就可以用滤波的方法将所需要的信号滤出。滤波电路的作用是允许模拟输入信号中某一部分频率的信号通过，而阻断另一部分频率的信号通过。一、实验目的1、了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；2、分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性。二、实验仪器1、信号与系统实验箱TKSS－B型；2、双踪示波器。三、实验原理1、滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。2、根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）四种。把能够通过的信号频率范围定义为通带，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为阻带。而通带与阻带的分界点的频率称为截止频率或称转折频率。图3-1中的为通带的电压放大倍数，为中心频率，和分别为低端和高端截止频率。()HjccLcH03-1各种滤波器的理想频幅特性四种滤波器的实验线路如图3-2所示：(a)无源低通滤波器(b)有源低通滤波器图3-2-1(c)无源高通滤波器(d)有源高通滤波器图3-2-2(e)无源带通滤波器(f)有源带通滤波器图3-2-3(g)无源带阻滤波器(h)有源带阻滤波器图3-2-4图3-2各种滤波器的实验线路图3、图3－3所示，滤波器的频率特性H（jω）（又称传递函数），它用下式表示：（式3-1）式中A（）为滤波器的幅频特性，为滤波器的相频特性。他们都可以通过实验的方法来测量。图3-3滤波器四、实验内容及步骤1、滤波器的输入端接正弦信号发生器，滤波器的输出端接双踪示波器；2、测试无源和有源低通滤波器的幅频特性。（1）测试RC无源低通滤波器的幅频特性：用图3-2-1（a）所示的电路，测试RC无源低通滤波器的特性。实验时，必须在保持正弦波信号输入电压（U1）幅值不变的情况下，逐渐改变其频率，利用示波器读出RC滤波器输出端电压U2的幅值，并把所测的数据记录表一。注意：每当改变信号源频率时，都必须观测一下输入信号U1使之保持不变（由于实验箱的制作工艺问题，在没操作信号发生器幅度旋钮的情况下，由于信号频率的改变，有可能发生输出信号幅度变化的现象）。实验时应接入双踪示波器，分别观测输入U1和输出U2的波形。（2）分别测试无源、有源LPF、HPF、BPF、BEF的幅频特性（因实验时间限制，（3）本实验可分开两次完成：第一次测试无源滤波器，第二次测试由源滤波器）。五、注意事项1、在实验测量过程中，必须始终保持正弦波信号源的输出（即滤波器的输入）电压幅值不变，且输入信号幅度不宜过大。1U()2、在进行有源滤波器实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。六、总结1、实验测量所得的数据如附录一所示；，绘制各类滤波器的幅频特性曲线。对于同类型的无源和有源滤波器幅频特性其图形如附录二所示。2、分析无源和有源滤器的滤波特性其不同之处在于：（1）无源滤波器由电容电抗和电阻组成，而有源滤波器则由集成运放、电阻、电感等集合而成。（2）从其滤波特性来看有源和无源在一定程度延拓了通频的范围。附录一：无源低通滤波器有源低通滤波器无源低通滤波器有源低通滤波器无源低通滤波器有源低通滤波器无源低通滤波器有源低通滤波器附录二：其幅频特性如下所示：无源低通无源高通无源带通无源带阻有源低通有源高通有源带通有源带阻