生物信号波器-—-有源低通滤波及50hz陷波器.docVIP

PAGE *****信息工程与自动化学院学生实验报告 （ 20** — 20** 学年 第 一 学期 ） 课程名称：***** 开课实验室：******* 20** 年 ** 月** 日 年级、专业、班 ***** 学号 ***** 姓名 ***** 成绩 实验项目名称 生物信号滤波器 — 有源低通滤波及50Hz陷波器 指导教师 ***** 教师评语 教师签名： 年 月 日 一、实验目的 1、加深对有源低通滤波及50Hz陷波器的认识和理解； 2、认识有源滤波生物信号处理中的意义。 二、实验原理 有源低通滤波通常由RC网络和集运放构成，利用它可以突出有用频率的信号、抑制干扰、噪声，或衰减无用的信号，达到提高信噪比或选频的目的。 三、实验内容及步骤 1、一阶低滤波器 图3-1一阶低通滤波器及波特图 由图3-1电路可知，电路的传递函数为 记： 为通带增益，故上式可写做 考虑到：时，并注意到：S= jω，则 即下降3个分贝 故一阶低通滤波器的通带截止频率为 2、二阶低通滤波器 图3-2二阶低通滤波器及波特图 由图3-2电路可知，电路中R2和C2构成两个反馈支路，其反馈的强弱均与信号的频率有关，图中的运放可以看作无限增益（指理想运放）的放大环节，因此被称为无限增益多路反馈滤波电路。其输出电压与C1上电位的关系是 据节点（R1、R2、R3、C1相连接的点）电流法可得 解以上两式组成的方程组，可得传递函数如下 通带截止频率及Q值为 3、双T带阻滤波器（陷波器） 图3-3 双T带阻滤波器及波特图 用Y—△变换技术，可推导出双T网络的传递函数为 在1/RC=ω0时，H（ω0）=0，即中心频率为 四·实验结果记录及分析总结 一阶低通滤波器的截止频率和增益理论值及测量值： 通带截止频率 测量值 计算值 95.86Hz 97.09Hz 增益 -2.91dＢ -3dB 其波特图如下： 将电路中的理想运放换成LM741 之后，记录其测量值和波特图如下： 通带截止频率测量值： 通带截止频率 测量值 计算值 94.35Hz 97.09Hz 增益 -2.89dB -3dB 测得的波特图为： 2、二阶低通滤波器通带截止频率和增益理论值及测量值： 通带截止频率 测量值 计算值 29．35Hz 29.45Hz 增益 -2.95dB -3dB 当运放为理想运放时测得的波特图如下： 将理想运放换成LM741之后，测得的通带截止频率和增益如下： 通带截止频率 测量值 计算值 28.84Hz 29.45Hz 增益 -2.87dB -3dB 波特图如下： 双T带阻滤波器的通带截止频率和增益的理论值和测量值： 中心频率 测量值 计算值 55.29Hz 51.36Hz 增益 -26.38dB 其波特图如下： 将理想运放换成LM741之后，得到其通带截止频率以及增益如下表： 中心频率 测量值 计算值 48.69Hz 51.36Hz 增益 -31.55dB 其波特图如下所示： 五·预习要求及思考题 预习一、二阶有源滤波器和双T带阻滤波器的电路原理； 进行有关的推导计算，并将结果填入记录表中； 如何提高双T带阻滤波器的Q值？ 答：滤波器的品质因素的计算公式为Q==，或者Q=；其中为阻尼系数，所以通过降低滤波器的阻尼系数可以提高滤波器的品质因素。 设计一个40Hz的肌电滤波器。 答：基于双T带阻滤波器的原理，将中心频率作修改即可得到所需要的40Hz肌电滤波器，双T带阻滤波器的中心频率为，所以只需将R或者C的值作修改就可以，应该注意修改R的值时三个电阻应该同时作改。最终得到的40Hz肌电滤波器的电路图如下图所示： 5、试验总结及体会 答：本次试验的主要目的是认识绕和熟悉几种常见的滤波器的原理及应用设计，通过本次实验，进一步了解了一阶低通滤波器、二阶低通滤波器以双T带阻滤波器的结构原理，它们都由RC网络和集成运算放大器构成，利用这样的结构可有效将有用的信号突出，而且能够抑制、噪声或无用的信号，从而达到提高信噪比或选频的目的。实验中可发现，模拟的时候将理想运放换成LM741系列的运放之后各个滤波器的特性都会有改变，可见运算放大器的行能对整个滤波器的性能有影响。