自制RC有源滤波电路.doc

实验四 自制RC有源滤波电路 一 实验目的 1.掌握由运算放大器与电阻、电容构成的RC有源滤波器的电路原理。 2.掌握滤波器幅频特性的测试方法。 二 实验原理及实验参考电路 滤波电路是一种选频电路，它是一种能使有用频率的信号通过，而同时对无用频率的信号进行衰减的电子装置。本实验采用宽带集成运算放大器LF353和电阻、电容构成RC有源滤波电子装置。由于集成运算放大器的带宽有限，目前有源滤波器的最高工作频率只能达到1MHz左右。 根据频率特性的基本知识可知，滤波电路的阶数越高，过渡带将越窄，滤波特性越接近理想滤波器的滤波特性，而高于二阶的滤波电路可以由一阶和二阶滤波电路构成，本实验制作RC二阶有源滤波电路。 1.压控电压源二阶低通滤波电路 电路如图1所示。 图 1 压控电压源二阶低通滤波电路 实验电路中电路传递函数为 电压放大倍数为 上式中通带放大倍数 为使电路不产生自激振荡，应使 即通带放大倍数。 特征频率 令，则Q称为电路的品质因数。 电路的幅频特性与品质因数的取值相关，如图2所示。 图2 压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性 实验电路中通带放大倍数 品质因数Q=1/（3-Aup）=1/(3-1.586)=0.707，称为巴特沃思滤波器，电路的上限截止频率fH则刚好等于特征频率f0。 图1所示电路中如果品质因数Q1，则电路的上限截止频率可大于特征频率。由图2可知Q大于1的幅频特性曲线的过渡带更陡，幅频特性更好。 2.压控电压源二阶高通滤波电路 电路如图3所示。 图3 压控电压源二阶高通滤波电路 实验电路中电路传递函数为 电压放大倍数为 上式中通带放大倍数 为使电路不产生自激振荡，应使 即通带放大倍数。 特征频率 令，则Q称为电路的品质因数。 电路的幅频特性与品质因数的取值相关。 实验电路中通带放大倍数 品质因数Q=1/（3-Aup）=1/(3-1.586)=0.707，称为巴特沃思滤波器，电路的下限截止频率fL则刚好等于特征频率f0。 3.二阶带通滤波电路 设低通滤波器的上限截止频率为fH,高通滤波器的下限截止频率为fL,若fLfH,则将低通滤波器和高通滤波器串联可得到带通滤波器。 实验电路将图1电路与图3电路串联起来，获得带通滤波电路，则带通滤波电路的下限截止频率，上限截止频率。该滤波电路可作为语音滤波电路，因为语音信号频率为300~3400Hz。此滤波器的优点在于电路设计简单，但滤波特性不理想，即过滤带较宽，高质量的滤波电路应采用四阶以上的滤波电路。 三 实验仪器 DDS函数信号发生器（型号：TFG2003） 双踪示波器（型号：SS-7802A）DT9205N） 正负电源分别使用+12V和-12V，注意两个电源引脚都需接二个退耦电容（0.1?和10?）。低通滤波电路与高通波电路的运放分别用1,2,3脚和5,6,7脚。两个滤波电路的输入、输出端都可用插针引出，另外还需用插针引出测试仪器的接地端。 2.低通滤波器幅频特性测试。 将信号源输出信号调为正弦信号，其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V，频率置为100Hz，用示波器观察输出信号，若观察到输出端有放大的正弦信号（放大倍数约为1.568），说明电路正常。先测量滤波器的上限截止频fH（注意与理论值比较）,再按数据记录表1测试该电路的幅频特性。 在座标纸上画出幅频特性曲线（横轴用f,纵轴用电压增益，提示：可用origin软件或其它画图软件画图，将图形打印输出贴在实验报告上。）（此内容在写实验报告时做）。 3.高通滤波器幅频特性测试。 将信号源输出信号调为正弦信号，其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V，频率置为5kHz，用示波器观察输出信号，若观察到输出端有放大的正弦信号（放大倍数约为1.568），说明电路正常。先测量滤波器的下限截止频fL（注意与理论值比较）,再按数据记录表2测试该电路的幅频特性。 在座标纸上画出幅频特性曲线（横轴用f,纵轴用电压增益，提示：可用origin软件或其它画图软件画图，将图形打印输出贴在实验报告上。）（此内容在写实验报告时做）。 4.带通滤波器幅频特性测试。 连接低通滤波器的输出与高通滤波器的输入，则电路成为带通滤波器。将信号源输出信号调为正弦信号，其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V，频率置为1kHz，用示波器观察输出信号，若观察到输出端有放大的正弦信号说明电路正常。先测量滤波器的中心频率f0（输出信号最大的频率），再测量其上、下限截止频fH和fL（注意与理论值比较）,最后按数据记录表3测试该电路的幅频特性。 在座标纸上画出幅频特性曲线（此内容在写实验报告时做）。 六 注意事项 1.LF353的正负电源可使用实验五的正负电源。 2.滤波电容一定要使用涤纶电容，电容数值