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1、二阶无源滤波器一、实验目的1了解 RC 无源滤波器的种类、基本结构及其特性。2学会列写无源滤波器网络函数的方法。3学会测量无源滤波器幅频特性的方法。二、实验内容1列写无源低通、高通、带通和带阻滤波器的网络函数2用示波器观察二阶无源滤波器的幅频特性曲线。三、实验仪器1信号与系统实验箱一台2信号系统实验平台3二阶无源滤波器模块（DYT3000-61）一块420MHz 双踪示波器一台5连接线若干四、实验原理滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大为衰减）无用频率信号的电子装置。工程上常用它作信号处理、数据传送和抑制干扰等。这里主要讨论模拟滤波器。1. 基本概念及初步定义滤波器的一般结构如图1
2、7-1所示。图中的V （t）表示输入信号，V。（t）为输出信号。假设滤波器是一个线性时不变网络，则在复频域内其传递函数（系统函数）为A(s)V (s)oV (s)i滤波电路 乌图 17-1 滤波电路的一般结构式中A （s）是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。对于频率来说（S=j3 ）则有式 17-1 )A( jto) = |A( jto)| ej()这里|A(j )|为传递函数的模，申)为其相位角。此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延T(3),它定义为(s)通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相位 和时延响应亦需考虑。当相位响应(3 )作线性变化，即时延
3、响应T(3 )为常数时，输出信号才可能避免失真。2. 滤波电路的分类对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频 率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有 无限大的幅度衰减(|A(j )| = 0)通常通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可分为以下几类： 低通滤波器低通滤波电路的幅频响应如图17-2 (a)所示，图中A0表示低频增益丨A丨增益的幅值。 由图可知，它的功能是通过从零到某一截止角频率3h的低频信号，而对大于3h的所有频 率完全衰减，因此其带宽BW=ho 高通滤波器
4、高通滤波电路的幅频响应如图17-2 (b)所示，由图可知，在OV33L范围内的频率为 阻带，高于3l的频率为通带。从理论上来说，它的带宽BW= s，但实际上，由于受有源 器件带宽的限制，高通滤波电路的带宽也是有限的。 带通滤波器带通滤波电路的幅频响应如图17-2 (c)所示，图中3L为低边截止角频率，3h为高边 截止角频率，30为中心角频率。由图可知，它有两个阻带：0V33l和33h，因此带宽 BW=3 H 3 L oHL 带阻滤波器带阻滤波电路的幅频响应如图17-2 (d)所示，由图可知，它有两个通带：在0th=.图17-3二阶无源滤波器电路原理图实验中，通过观察正弦波扫频信号与滤波器输出信
5、号的李沙育图形可得到滤波器的幅频 特性曲线，为了便于观察，信号经滤波器后再通过峰值检波器，即可得到滤波器的幅频特性 曲线。峰值检波器的电路原理图如图17-4所示。图17-4峰值检波器电路原理图五、实验步骤本实验使用信号源单元和二阶无源滤波器模块。1. 熟悉二阶无源滤波器的工作原理。接好电源线，将二阶无源滤波器模块插入信号系统实验平台插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。2. 扫频源法观察滤波器的幅频特性： 将信号源单元“波形选择”跳线的第1组引脚连接，并将开关k2向下拨，切换至 扫频输出。按照实验二的步骤得到扫频正弦波信号，并用示波器观察OUT1点锯齿 波频率，将其
6、调为80Hz,作为扫频压控信号。 将OUT2输出的扫频信号送入二阶无源低通滤波器信号输入点LP_IN,用示波器观 察输出点LP_OUT的响应波形。 将锯齿波压控信号和低通滤波器输出信号分别接示波器的X轴和Y轴，观察李沙育 图形。 将滤波器输出信号接峰值检波器信号输入端TOPT_IN,将锯齿波压控信号和峰值检 波器输出信号TOPT_OUT分别接示波器的X轴和Y轴，观察低通滤波器的幅频特 性曲线。 将扫频信号分别送入高通、带通和带阻滤波器，重复上述实验步骤，分别观察各种 滤波器的幅频特性曲线。3 描点法观察滤波器的幅频特性曲线： 将信号源单元产生的频率正弦波送入低通滤波器的信号输入端LP_IN,用
7、示波器观 察LP_OUT的输出波形，测量波形的电平值（有效值），记录此时电平值及频率。 调节电位计OUT2 Freq,改变输入正弦波信号的频率（保持信号幅度不变），重复 实验步骤。 整理实验数据，以频率为X轴，以幅度（电平）为Y轴，绘出幅频特性图。 将频率正弦波信号分别送入高通、带通和带阻滤波器，重复上述实验步骤，绘出各 种滤波器的幅频特性曲线。4 研究各滤波器对方波信号或其它非正弦波信号输入的响应（实验步骤自拟）。六、输入、输出点参考说明1输入点参考说明LP_IN:二阶无源低通滤波器信号输入点。HP_IN:二阶无源高通滤波器信号输入点。BP_IN:二阶无源带通滤波器信号输入点。BS_IN:二
8、阶无源带阻滤波器信号输入点。TOPT_I N：峰值检波器信号输入点。2 输出点参考说明LP_OUT：二阶无源低通滤波器信号输出点。HP_OUT：二阶无源高通滤波器信号输出点。BP_OUT：二阶无源带通滤波器信号输出点。BS_OUT：二阶无源带阻滤波器信号输出点。TOPT_OUT :峰值检波器信号输出点。七、实验思考题1. 试写出各滤波器的电压传递函数H (S)。2. 根据各具体的电压传输函数H (S)计算相应滤波器的通带、阻带及截止频率sc ( 3dB处的频率)，对于带通、带阻滤波器要计算通带下限截止频率sp1和上限截止频 率。八、实验报告要求1. 推导各类无源滤波器的系统函数。2. 整理实验数据，绘出各滤波器的幅频特性曲线。3. 分析在方波激励下，各滤波器的响应情况。
