信号与系统实验八模拟滤波器频率特性测试

南昌大学实验报告学生姓名：周倩文学号：6301712010班级：通信121班实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：4月30号实验成绩：实验八模拟滤波器频率特性测试一、实验目的1、掌握低通无源滤波器的设计；2、学会将无源低通滤波器向带通、高通滤波器的转换；3、了解常用有源低通滤波器、高通滤器、带通滤波器、带阻滤波器的结构与特性；二、预备知识1、学习“模拟滤波器的逼近”；2、系统函数的展开方法；3、低通滤波器的结构与转换方法；三、实验原理模拟滤波器根据其通带的特征可分为：（1）低通滤波器：允许低频信号通过，将高频信号衰减；（2）高通滤波器：允许高频信号通过，将低频信号衰减；（3）带通滤波器：允许一定频带范围内的信号通过，将此频带外的信号衰减；（4）带阻滤波器：阻止某一频带范围内的信号通过，而允许此频带以外的信号衰减；各种滤波器的频响特性图：图2一1低通滤波器图2一2高通滤波器图2一3带通滤波器图2一4带阻滤波器在这四类滤波器中，又以低通滤波器最为典型，其它几种类型的滤波器均可从它转化而来。1、系统的频率响应特性是指系统在正弦信号激励下系统的稳态响应随激励信号频率w变化的情况。用矢量形式表示：()()()jHjHje其中：｜H(jω)｜为幅频特性，表示输出信号与输入信号的幅度比随输入信号频率的变化关系；φ(ω)为相频特性，表示输出信号与输入信号的相位差随输入信号频率的变化关系。2、H(jω)可根据系统函数H(s)求得：H(jω)=H(s)︱s=jω因此，对于给定的电路可根椐S域模型先求出系统函数H(s)，再求H(jω)，然后讨论系统的频响特性。3、频响特性的测量可分别测量幅频特性和相频特性，幅频特性的测试采用改变激励信号的频率逐点测出响应的幅度，然后用描图法描出幅频特性曲线；相频特性的测量方法亦可改变激励信号的频率用双踪示波器逐点测出输出信号与输入信号的延时τ，根椐下面的公式推算出相位差()2T当响应超前激励时()正，当响应落后激励时()为负。（根据实际电路画上电路图）图2一5实验电路图中：R=38kΩ，C=3900pF，红色部分画上实验板上的电路。四、实验内容及步骤：将信号源CH1的信号波形调为正弦波，信号的幅度调为Vpp=10V。1、RC高通滤波器的频响特性的测量：将信号源的输出端(A)接实验板的IN1端，滤波后的信号OUT1接示波器的输入(B)。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十次以上(幅度保持Vipp=10v)，逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及输出信号与输入信号的相位差，并将测量数据填入表一：表一Vi(V)10101010101010101010f(Hz)Vo(v)φ(ω)2．RC低通滤波器的频响特性的测量：将信号源的输出(A)接实验板的IN2，滤波后的输出信号OUT2接示波器的输入(B)。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十次以上(幅度保持Vipp=10v)逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及Φ(ω)，并将测量数据填入表二表二Vi(V)10101010101010101010f(Hz)Vo(v)φ(ω)3．双TRC带阻滤波器的频响特性的测量：将实验板上的两输入端IN1与IN2短接，输出端OUT1与OUT2短接；并将信号源的输出(A)接实验板输入(IN1)或(IN2)，滤波后的输出OUT1或OUT2接示波器的输入(B)。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变二十次以上(幅度保持Vipp=10v)，逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及Φ(ω)，并将测量数据填入表三：表三Vi(V)10101010101010101010f(Hz)Vo(v)φ(ω)五、实验仪器：函数发生器一台，双踪示波器一台，实验板一块六.实验数据1、RC高通滤波器的频响特性的测量：表一Vi(v)10101010101010101010F(Hz)10201005001K2K5K10K20K50KVo(v)0.1360.331.383.786.347.268.038.278.278.27τ28ms12ms2.3ms320us100us36us8us3us1us400ns2、RC低通滤波器的频响特性的测量：表二Vi(v)10101010101010101010F(Hz)10201005001K2K5K10K20K50KVo(v)8.388.368.275.383.341.540.6860.3640.1720.054τ4ms2ms400us280us170us112us48us26us13.6us6.4us3、双TRC带阻滤波器的频响特性测量：表三Vi(v)10101010101010101010F(Hz)10201005001K2K5K10K20K50KVo(v)8.267.765.641.062.145.646.367.347.767.84τ2ms1.2ms240us80us74us60us12us4us2us300ns根据表一，二，三以logf为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制三种滤波器的幅频特性曲线；以logf横坐标，φ（ω）为纵坐标，绘制三种滤波器的相频特性曲线；并将测得的个流程表情的截住频率与理论值进行比较。画出下面几种滤波器的幅频特性曲线和相频特性曲线高通滤波器（幅频与相频特性曲线）低通滤波器（幅频与相频特性曲线）带阻滤波器（幅频与相频特性曲线）七、实验总结这次试验过程中，主要是进行了对于低通、高通以及带阻滤波器频响特性的测定，并绘制了幅频特性曲线还有相频特性曲线。大概比较直观的看到了各个类型滤波器的特点，掌握了对于硬件电路（包括示波器还有滤波电路）基本调试方法。实验过程中，由于实验仪器精确度的问题，实验误差很大，减小实验误差的可行的方法是电压的输入值控制得当，电压不能过大或过小，比较可行的是将电压输入值调为1V左右。试验时难免会遇到各种问题，这时候要努力使自己做到分析实验现象，在实验与理论中成长起来。