滤波器实验.docx

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■■- l：l| d；,根据上截止频率点处= 4402, 将选好的元件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：-12,10-10,0-o o O □ □ O.2.4.Ltl.8.- - - -LOOFrequenc/(Hz)2000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0~2k时的幅值响应数据如下:得到的幅频特性曲线如下:f/Hz1050100150200250300幅值/mv1.009998.00967.80930.32881.40829.70779.60350400450500600800100015002000726.20678.91635.02596.54527.31422.11350.50245.29187.41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。

3, 在此低通滤波器的输出端并联一个lkQ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：+实验中T 一 36kQ,-况上，代入上式求得:36 +1 i _2n X 36 x 1 x 0.01 X 0.001 = 16AkiIz实验测出幅频特性曲线如下:甘P匚05丘LaWIEW」-30--30.5--31 --31.5-32-32.5-33-33.5-34 --3^.5-,100匚onnections: Al 0 - AO 0 Al 1 - Signal分析数据：Freq (Hz)Gain (dB)Phase (deg)100.000-30.235-0.43814677.993-33.457-51.45117782.794-34.382-57.910Freauencv (Hz)1000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- 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33K截止频率同理可求得：1/ = 代入实验数据：「_ nn I： _八:■」，r _ •；]，」，解得: r = --42117.实验测得伯德图如下：■ ] hni・【■】I rm ■ ■■ jj zi ] ■』甲■ —【■ 11 齐"iFrequen匸y (Hz)分析得到的数据:Freq (Hz)10.000383.119464.159Gain (dB)12.5729.3018.357Phase (deg)-1.627-46.510-51.868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lkQ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，幅频特性没变, 截止频率也没变按照实验数据，截止频率为:实验测得幅频特性曲线:Frequency (He)将两种情况的幅频特性放在一起进行对比如下:无负载 有负载Freq (Hz)Gsiri (dB)Phase l.deg)Freq (Hz)10. 000GaLn (dB)12. 570Phase C.deK)-L.63210-OXI12-眈-1-62712.11512. 568-L.97612a 11512- 570-1-97114a STB12. 565-2. 38L14=67812-E61-2-37717. 7B312. 56L-2.8691 化 78312- E6d-2-86721. 54412. 556-3.46021a54412-558-3.45526.10212. 547-4.L7812- 5d9-4.17331. 62312. 537-5.04631- 62312- 5d0-5=0373B. 31212. 526-6.(：&333-31212- 528-6.08546. 41612. 500-7. 35646-41612-B0 3-7-34656. 23412. 440佩844阳.23412-4dd-8-823BEL 12912. 356-1CX 597的.12312-359-10.582B2. 54012. 288-12.805S2a 54012-S91-12.791100. 00012. 189-15. 3361O3-OXI12-193-15.314121.15312.049-LEL 383121-15312-053-18-422146. 7B011.352-2L.9L8146-79311-856-21.885177. BSB11. 577-25.971177.S2311-583-26.046215. 44311. 206-3CX 543215-44311- 212-30-621261. 01610. 713-35.681^1.01610- 720-35= 564316. 22810.077-4L.05L316. 223-41-0133B3.1199. 292-46B5473S3a1199-301-46.510464.1598. 347-51.9054&1・ 1598a 351-51.868562. 3417. 354-57.136K2a 3417-265-5^a1096B1. 2926.027-62.021631a 2326-038-61-990B25a 4044. 694-66.436S25-4044- 706-66.4011000. 0003. 264-70.65510X1-0X13.275-70.0471211. 52B1. 767-73.2911211a 523伯-73-7681467. 7990. 231-76.8401467.793Cl 2d 2-76= W177B. 279-1. 354-79.3851778- 279T・-79=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：Frequen匚 y (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，路板上插接出此线路并测出幅频 特性，并求出其中心频率f3dB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: 1 .-^7 T心j⑷1 1 1冠 x (洛 + 乔 + + CJoj) + 唧*脚)=W斗乞X ——& ； o10 + 10_]2jta + 10幅频特性:1的讪=7 / 2\ (0.0001QJ - 10000/a))2 十 1当i .■ 日」，趋近与0。

所以该滤波器实现的是带通特性可得到小i — l」‘U， ■，-1'1. i'-'1 I ■■—：； — -：':中则谐振频率：轴 10000fg — - = = 1-59 血 Hjt'加 27T对于截止频率处，令：1 A 4 1|也讪「=屈丹血儿严孫=^>0001^- 10000/^ + 1则有:2n「 一 .* 2n制吃161 HO—2tt_ 2兀 _:fc2 -fcl 匸 2575A_1542 ——-=12575/fz-984= 1591//Z妙I 61 “一 一 _ 由定义，带宽3 二品质因数：实验中测得伯德图为:从图中可以读出谐振频率，下截止频率' 一 1：）1：；'，/,上截止频率- :: w,带宽；i.m：,品质因数: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1成正比，于是我们需要尽可能地增大;「，并且减小，以此来获得尽量高的品质因数，达到好的滤波效果。

在实验中，我们选择a -- 叮 匚-W 计算结果为：此时发现方波的频谱中5倍频最高，可以认为不失真提取此时系统伯德图为:Frequen匚y(Hz)方波的输出波形如图:满足方波的5倍频提取四，思考题1,无源低通应如何设计以提高其带负载能力？ 答：从内部电路构成上来说，接负载后传递函数为:t7jn 十 + /?■[/?截止频率：f?2 + R\f = 2兀/?1尺也静态放大倍数：Rz由于忙相对较小，故接负载后的无缘低通滤波器会有很小的静态放大倍率，和很大的截 止频率，严重影响了滤波器性能故为了减少负载效应影响，应该尽量。