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北交大RC一阶滤波电路研究.
RC一阶滤波电路研究
作者①:吴靖钦
学号②:兰海
学号班级:both通信1308
摘要:一阶低通滤波器的特性一般用一阶线性微分方程表示。一般,线性连续系统的特性除了可以在“时域”中用微分方程或冲击响应表示外,也可以用以频率为自变量的函数表示,它就是频率响应,是系统特性的“频域”表示方式。
可以证明,系统的“频率响应”就是该系统“冲激响应”的傅里叶变换。一般情况下它是一个以复变量jω为自变量的的复变函数,以H(jω)表示。它的模│H(ω)│和幅角φ(ω)为角频率ω的函数,分别称为系统的“幅频响应”和“相频响应”,它分别代表激励源中不同频率的信号成分通过该系统时所遇到的幅度变化和相位变化。
如果激励源通过一个电阻给电容器构成一个充电回路,并以电容两端的电压作为响应,就构成了一个以一阶微分方程描述的“一阶系统”,它的幅频响应在零频率处及其附近等于或接近于1,随着频率的增加,这个系统的幅频响应逐渐平滑地衰减为零。也就是说,较低的频率通过该系统时,没有或几乎没有什么衰减,而当较高的频率通过该系统时,将会受到较大的衰减。实际上,对于极高的频率而言,电容器相当于“短路”一样,其输出为零。换言之,这个系统适宜于通过低频率而对高频率有较大的阻碍作用,是一个最简单的“低通滤波器”。
方案和原理分析:
方案:在EWB中按照滤波器电路图连接好模拟电路,然后根据研究研究要求实施操作。
滤波器电路图:
原理:
电容本身的作用是通高频阻低频。因此,在上电路图中,对于Vs2来说,电容相当于导线,既电容两端不存在Vs2产生的电势差;二对于Vs1来说,电容则相当于断路,既电容两端电势差接近于Vs1,所以图上电容输出电压为低频电压。
波形:
(2)求输出电压计算过程:
与相同,
即:
与的关系为:
联立上述两个方程即得出:
(3)电路功能:将输入信号分解为Vs1(低频)、Vs2(高频),输出信号相应分解为Vs1’、Vs2’。 两者相比,Vs2’与Vs2相比振幅明显变小,其余不变,电路从信号中过滤掉高频部分。
相应波形图:
(4) 与位置调换后如图:
同理:按(2)方法可求出结果:
相应波形图:
现象解释:与位置调换后就成了一个高频滤波器,即与低频滤波器相反,该滤波器只能通过高频信号,低频信号则被滤掉。
(5)将阻值由1kΩ换为1Ω后如图:
同理按(2)方法可求出结果:
相应波形图:
现象解释:减小很多,电容所占电压增大,对高频信号的过滤就减小了很多,示波器的波形就接近于的波形。
(6)将电容由1.59uF换为1.59F后电路图:
同理按(2)方法可求出结果:
相应波形图:
20mv/div
20uv/div
现象解释:的电容值过大,在滤掉高频信号的同时,将低频信号也同时滤掉,因此示波器波形在20mv/div时都接近于一条直线,而在20uv/div时才清晰地呈现出了正弦信号波形。
(7)关系求解:
令R1右端电势为联立方程组:
得: --①
代入数据的结果:
信号频率对这种关系的影响:
由①式可以看出,信号频率越大与的电势差就越接近于信号电压大小。
结论:RC一阶滤波器具有较好的滤波效果,大部分高频信号都被过滤,通过对电路不同错误情况的研究很好地理解了其原理,其中通过对R和C位置的不同摆放可以选择滤波器的种类,即高频滤波器或低频滤波器的选择。
扩展:二阶RC低通滤波电路设计
原理图:
电路图设计:
参考文献:
一阶低通滤波器:/link?url=V6hW_reDfBO3FZlxOhhugHxyBNdImIi385GvOEEnTcluT05ZarGgMtmjnG26t1MFhB0v3ejbmOVVLXA1SLstUa
滤波器:/view/141368.htm
低通滤波:/view/1669798.htm
心得和结果:
通过使用EWB软件对RC一阶滤波电路的模拟、对示波器现象的观察,使我们对一阶滤波器有了更深入的了解。在正确模拟滤波器功能的同时还研究了几种做仪器接入错误对信号产生的影响,全方位展示了滤波器的作用机理。研讨的过程,使我们熟悉了EWB以及相关软件地使用,对于以后课程的学习有很大帮助。
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