文档介绍：实验7 有源无源滤波
一､实验目的
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二､实验原理说明
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｡这里主要是讨论模拟滤波器｡以往这种滤波电路主要采用无源元件R､L和C组成,60年代以来,集成运放获得了迅速发展,由它和R､C组成的有源滤波电路,具有不用电感､体积小､重量轻等优点｡此外,由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出阻抗又低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用｡但是,集成运放的带宽有限,所以目前有源滤波电路工作频率难以做得很高,这是它的不足之处｡
基本概念及初步定义
滤波电路的一般结构如图7—1所示｡图中的表示输入信号,为输出信号｡
假设滤波器是一个线形时不变网络,则在复频域内有
A(s)=Vo(s)/Vi(s)
滤波电路
V0(t)
Vi(t)
图7-1 滤波电路的一般结构图
式中A(s)是滤波电路的电压传递函数,一般为复数｡对于实际频率来说(s=jω)则有
A(jω)=│A(jω)│ejφ(ω) 7-1
这里│A(jω)│为传递函数的模,φ(ω)为其相位角｡
此外,在滤波电路中关心的另一个量是时延
τ(ω),它定义为
τ(w)== - 7-2
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φ(ω)作线性变化,即时延响应τ(ω)为常数时,输出信号才可能避免失真｡
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称为截止频率｡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(jω)│=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:
低通滤波电路:其幅频响应如图7-2(a)所示,图中A0表示低频增益│A│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的低频信号,而对大于的所有频率完全衰减,因此其带宽BW=｡
高通滤波电路:其幅频响应如图7-2(b)所示,由图可以看到,在0<ω<
范围内的频率为阻带,高于的频率为通带｡从理论上来说,它的带宽BW=∞,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｡
带通滤波电路:其幅频响应如图7-2(c)所示,图中为低边截止角频率,高边截止角频率,为中心角频率｡由图可知,它有两个阻带:0<ω<和ω>,因此带宽BW=-｡
带阻滤波电路:其幅频响应如图7-2(d)所示,由图可知,它有两个通带:在0<ω<和ω>,和一个阻带:<ω<｡因此它的功能是衰减到间的信号｡同高通滤波电路相似,由于受有源器件带宽的限制,通带ω>也是有限的｡
带阻滤波电路抑制频带中点所在角频率也叫中心角频率｡
图7-2 各种滤波电路的幅频响应
(a)低通滤波电路(LPF) (b)高通滤波电路(HPF)
(c)带通滤波电路(BPF) (d)带阻滤波电路(BEF)
三､实验报告要求
整理实验数据,并根据测试所得的数据绘制各个滤波器的幅频响应曲线｡
四､实验设备
､信号与系统实验箱 各1台
五､实验内容
(一)､开关及电路设置:
1､W701:调节使输入信号:1V 正弦波,起始频率:100Hz｡
2､J702: “正弦” K701: “函数”;
3､P702--P101
(二)､测量低通滤波器的频响特性
图示7-3(a)为无源低通滤波器｡图7-3(b)为有源低通滤波器｡
图7-3(a) 无源低通滤波器
图7-3(b) 有源低通滤波器
1､逐点测量法
①信号发生器产生1V正弦波,连接P702与P401(低
无源),保持信号发生器输入幅度不变｡
②按下S701改变输入信号频率(起始为100HZ),并测量其TP401的电压有效值｡
③并将数据填入表7-1(a)中｡(实验值直接填数据)
④连接P702---P402 保持信号发生器输入幅度不变
⑤按下S701改变输入信号频率(起始为100HZ),并测量其TP402的电压有效值｡
⑥将数据填入表7-1(b)中｡(实验值直接填数据)
2､扫频法测量
利用扫频仪测量其幅频响应及截止频率｡
Vi(V)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
f(Hz)
100HZ
6K
Vo(V)
1