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1、实验三滤波器实验一，实验目的1,通过实验了解滤波器的工作原理。2,通过实验学习有源滤波器的特点。3,学习滤波器在工程技术中的应用。二，实验仪器及器材1,通用线路接插板2,电容、电阻、电位器、运算放大器等电子元器件3,晶体管毫伏表4,低频信号发生器5,直流稳压电源三，实验步骤及实验结果1,计算上截止频率为 440Hz的RC低通滤波器的 R、C数值。实验电路如上图，其中电容 ？?= 0.01?根据上截止频率点处?= 4402?解得：？?= 36 ? ?2,将选好的元件在线路插板上按上图接插成低通滤波器，测出其幅频特性。采用两种方法测量，一种是通过示波器测量不同频率的响应幅值，从而得到幅频特性曲 线
2、。另一种是直接测量幅频特性伯德图。实验中直接测得幅频特性曲线：.总)三昌-1240-1IC田.口一1U,0-2口-inoFrequency (Hz)可以看出通过测量各频率放大倍率绘制的幅频曲线图和实验中仪器绘制的波特图基本一致, 截止频率440Hz左右。手动调整输入信号频率，测得输出放大倍率如下通过示波器测量频率为 02k时的幅值响应数据如下f/Hz1050100150200250300幅值/mv1.009998.00967.80930.32881.40829.70779.60350400450500600800100015002000726.20678.91635.02596.54527.3
3、1422.11350.50245.29187.41得到的幅频特性曲线如下:3,在此低通滤波器的输出端并联一个1k 的负载电阻，再测其幅频特性，并与无负载情况下的幅频特性相比较。分析可得上截止频率满足:?=? + ?2?2?实验中？ =36kQ, ?2 = 1?代入上式求得： 36 + 1?= 2?X36 X 1 X0.01 x 0.001 = 16.4?实验测出幅频特性曲线如下：CorwiectiMif： AI 0 - A0 0 AI L - Sign-alFreauencv (Hsl分析数据:Gain (dB)-30.235-33.457-34.382Freq (Hz)100.0001467
4、7.99317782.794Phase (deg)-0.438-51.451-57.910从初始下降-3dB即为截止频率，可看出与理论计算基本相符。比较两种情况可看出：原本的截止频率为 440Hz处于低频段，并联负载后截止频率变为16.4kHz处于高频段，无法起到低通滤波器的作用。另外原本的静态放大倍率为1(0dB),在接负载后静态放大倍率降为1/37(-30dB)，即实际输出电压很小，影响滤波器性能。4,接成如下图所示的有源滤波低通滤波器，测出其幅频特性。10K截止频率同理可求得:1?= 一 2? / 实验测得伯德图如下:在输出端添加电阻负载，输入输出关系与原来相同， 故其传递函数没变，幅频
5、特性没变,?= 442?分析得到的数据:从数据可以看到，截止频率理论与实际基本相符。5,在有源滤波器后同样接一个ika的负载电阻，再测其幅频特性，并与无负载情况下的幅频特性相比较。代入实验数据：？ = 10? ?2 = 36? ?=33?解得:Freq (Hz)Gain (dB)Phase (deg)10.00012.572-1.627383.1199.301-46.510464.1598.357-51.868io.14口二I 100Frequericy (Hz)10002000截止频率也没变。按照实验数据，截止频率为:?=2?=432?实验测得幅频特性曲线:将两种情况的幅频特性放在一起进行对
6、比如下:无负载有负载Freq (Eli)ID. M(dB)12. 5小Pluizc . liec)-1.63SSn (dB)10.必12, 572-1.62?L2. IISL2. 56S1.97C12, 11312, 570U. 87812, 5552.301U. 57312, 567也打F17+ 7B312, 561-2.66917. 7E312, 56421+ 544n. 5前-3,46054112. 55H-3.45b跟10S12,54F-4.17S即12.-K7331. S2312. 557-S. 04631. 523L2. 5如-S.Q3?3D, 312L2.S2fi6.095韶，3
7、1212, 538-6.Q864C, 41512, 600-Y.3CGla, dlfi12, 509E $46SSL 23d12, 440& 844n九 23112,4445B+13?12. 356-% 590SB. 12912, 359-Ld 5S2M 54)12, 23E-L2.G05UZ Si J12, 291-12. TOLSCL W13.185-LS.3361gL2, LF3-L6.3U121,153L2.O49-IB. 389121, 15312,053-18.422mmu.ssa-2L.9L8Ils, 7BD1LE55-21.885177. B3BLL577-25.B7L177,
8、 B2SIL, 583-26.046216, 44311.跳师-融，543215. Id JLL. 2L2-50.62L351.01610.FL$-3E.6SL2SLO1BLU,也口-36. MS431B. 22310.077-4L.0FL3L 氏 23B10.她6-4L.0LS333, 1139.292-必.空即溺，必R SOIT6. 5LQ464.1598. 347-5L.D054M&湖也8B8&52+ 341孔丽4-5?.1S65B2. 341孔265-5% 10966L 2926,027一韩，0打6J1.皿6.038-SI. 1190826. 4C44.694-66.436B2S. 1
9、1)14. E6-66.40LS第.诩乳264一攸 65E1 州。.(WD3. m-Y0. 0471211. 52BL 767-78. 2911211. 5 四L 7 TP7 丸 7S81467. TDD0.双-76.84011G7.硒0, 242一怆f鸵177BL 279-1苑4-T乱缴L7TH. 279-1. M4一怆 345比较两种情况可以发现其幅频特性曲线基本一致，所以带动负载对有源滤波器无影响。 也就是说明有源滤波器带负载能力远远强于无源滤波器。6,设计相应的方法并实现将上述低通滤波器的截止频率特性予以改善。理想的滤波器幅频特性是一个矩形窗，通带内信号无衰减，而通带外信号为0。实际的
10、截止频率附近的幅频曲线变化越快越好，即倍频程选择性好。为了改善低通滤波器的效果，本次实验采用将无源与有源滤波器串联的方法。 实验中测得该系统伯德图为：Frequency (Hz)由上图可以看出，系统的倍频程选择性明显变好。原来的截止频率为440,改变后截止频率为280,增益减小速度明显变小， 即改进后的滤波器幅值衰减速度明显加快了，系统的低通特性得到了显著改善。7,根据下图写出此电路的传递函数、幅频特性，在线路板上插接出此线路并测出幅频特性，并求出其中心频率 f。、-3dB通带及品质因数 Q等；观察方波输入时的输出波形此图为多路负反馈有源滤波器，其传递函数为:, 9 929999? ( 3)?
11、 , x(/+ 焉+ ? ?+ ?(?) ? 5? 1? 2?2X10-11 ?1510-16 (?+ 10-12 ? 10-84 4=10 4 X - X 2.3 (? + 104? 10幅频特性:|?冬？|?二 一3 V(0.0001?- 10000/? )2 + 1当3很大或很小时，|?N?磴近与。所以该滤波器实现的是带通特性。可得到？?= 10000 , | ?(? = 4/3 = 2.5?则谐振频率：? 10000?= 1.59?2?2?对于截止频率处，令：1441|?7?= -=|?7 ?= = = - c = V23V23 v(0.0001?7 10000/? ?2+ 1则有：?
12、1 6180?1=赤=-=984?2 16180?2=赤=亏=2575?由定义，带宽:?= ?2- ?1= 2575 - 984 = 1591?品质因数:?=1-15.0-30,0200-100.0实验中测得伯德图为:I0CI00 2COOD-10.0-I0CI00 2COOD10O10Q0Frequency (Hz)10O10Q0Frequency (Hz)-45,0-100,0 二-50.0t-200,0-t从图中可以读出谐振频率 ？= 1469?下截止频率?1= 900?上截止频率？?2= 2300?带宽?= 1300?品质因数：?=?. 1?理论与实际基本相符。方波的输出波形如图。8,根据前两个滤波器的幅频特性曲线，设计一滤波器使其能将输入信号一一方波的五倍频不失真的提取出来，并实现，记录最后的波形图要使系统能够从方波中提取出其五倍频的信号，需要使方波信号的五次谐波频率在带通滤波器的中心频率附近；同时，为了减少其他频率谐波的影响，需要增强带通滤波器的滤波性能，即增强系统品质因数。系统品质因数与？，？成反比，与？?，成正比，于是我们需要尽可能地增大？?,，并且减小？，？，以此来获得尽量高
