無源濾波器和有源濾波器實驗報告

1、專業(yè)：_ _自動化_ _姓名：_劉慶宇_學(xué)號：_3110101267_日期：_2013/5/24_地點：_ _ _東3-409_ 實驗報告課程名稱：_信號分析與處理實驗_指導(dǎo)老師：_ _孫暉_成績：_實驗名稱：_無源濾波器和有源濾波器_實驗類型：_同組學(xué)生姓名：_張悅_劉啟航_一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康?. 熟悉模擬濾波器的構(gòu)成及其特性；2. 學(xué)會測量濾波器幅頻特性的方法。二、實驗器材1. pc一臺；2. ni mydaq便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備1套；3.

2、 面包板1塊，電阻、電容、運算放大器(741)若干，導(dǎo)線。裝 訂 線三、實驗原理1. 濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率（通常是某個頻率范圍）的信號通過，而其它頻率的信號幅值均要受到衰減或抑制。這些網(wǎng)絡(luò)可以由rlc組件或rc組件構(gòu)成的無源濾波器，也可由rc組件和有源器件構(gòu)成的有源濾波器。2. 濾波電路的一般結(jié)構(gòu)如21所示。圖中的vi(t)表示輸入信號，v0（t）為輸出信號。假設(shè)濾波器是一個線形時不變網(wǎng)絡(luò)，則在復(fù)頻域內(nèi)其傳遞函數(shù)（系統(tǒng)函數(shù)）為 濾波電路vi(t)v0(t)a（s）圖2-1 濾波電路的一般結(jié)構(gòu)式中a（s）是濾波電路的電壓傳遞函數(shù)，一般為復(fù)數(shù)。對于頻率

3、來說（s=j）則有 a（j）a（j）ej() (2-1)這里a（j）為傳遞函數(shù)的模，()為其相位角。此外，在濾波電路中關(guān)心的另一個量是時延（），它定義為 （）- (2-2)通常用幅頻響應(yīng)來表征一個濾波電路的特性，欲使信號通過濾波器的失真很小，則相位和時延響應(yīng)亦需考慮。當(dāng)相位響應(yīng)()作線性變化，即時延響應(yīng)（）為常數(shù)時，輸出信號才可能避免失真。3. 對于幅頻響應(yīng)，通常把能夠通過的信號頻率范圍定義為通帶，而把受阻或衰減的信號頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。理想濾波電路在通帶內(nèi)應(yīng)具有零衰減的幅頻響應(yīng)和線性的相位響應(yīng)，而在阻帶內(nèi)應(yīng)具有無限大的幅度衰減（a（j）。通常通帶和阻帶的相互位

4、置不同，濾波電路通?？煞譃橐韵聨最悾旱屯V波電路 其幅頻響應(yīng)如圖3-2a所示，圖中a表示低頻增益a增益的幅值。由圖可知，它的功能是通過從零到某一截止角頻率h的低頻信號，而對大于h的所有頻率完全衰減，因此其帶寬bwh。高通濾波電路 其幅頻響應(yīng)如圖3-2b所示，由圖可以看到，在0l范圍內(nèi)的頻率為阻帶，高于l的頻率為通帶。從理論上來說，它的帶寬bw，但實際上，由于受有源器件帶寬的限制，高通濾波電路的帶寬也是有限的。帶通濾波電路 其幅頻響應(yīng)如圖3-2c所示，圖中l(wèi)為低邊截止角頻率，h高邊截止角頻率，0為中心角頻率。由圖可知，它有兩個阻帶：0l和h，因此帶寬bwhl。帶阻濾波電路 其幅頻響應(yīng)如圖3-2d

5、所示，由圖可知，它有兩個通帶：在0h和l，和一個阻帶：hl。因此它的功能是衰減l到h間的信號。同高通濾波電路相似，由于受有源器件帶寬的限制，通帶l也是有限的。帶阻濾波電路抑制頻帶中點所在角頻率0也叫中心角頻率。圖2-2 各種濾波電路的幅頻響應(yīng)（a）低通濾波電路(lpf) （b）高通濾波電路(hpf) （c）帶通濾波電路(bpf) （d）帶阻濾波電路(bef) 四、實驗內(nèi)容與結(jié)果打開labview sfp儀器套件，單擊fgen圖標(biāo)進(jìn)入函數(shù)發(fā)生器功能，設(shè)置波形為正弦波，峰值為1v，由ao 0通道輸出。1. 測量低通濾波器的幅頻特性(1) 無源低通濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)為：as=1(rcs)2+3

6、rcs+1multisim仿真的波特圖結(jié)果如下labview仿真設(shè)置如下仿真結(jié)果為(2)有源低通濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)：as=1(rcs)2+2rcs+1multisim仿真的波特圖結(jié)果如下labview仿真設(shè)置如下仿真結(jié)果為實驗測量結(jié)果a逐點測量法vi/v1111111111f/hz1001000150020002500300035005000750010000vo/v0.9990.9160.8340.7360.6370.5450.470.3030.1630.099gain-0.00435-0.38105-0.78834-1.33122-1.95861-2.63603-3.27902-5.

7、18557-7.87812-10.0436截至頻率：2.057khzb測量波特圖2. 測量高通濾波器的頻幅特性(1)無源高通濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)為：as=(rcs)2(rcs)2+3rcs+1multisim仿真的波特圖結(jié)果如下labview仿真設(shè)置如下仿真結(jié)果為(2)有源高通濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)：as=(rcs)2(rcs)2+2rcs+1multisim仿真的波特圖結(jié)果如下labview仿真設(shè)置如下仿真結(jié)果為實驗結(jié)果a 逐點測量法vi/v11111111111f/hz10050020003000350040004500600080001000020000vo/v0.0030.025

8、0.260.4360.5130.5370.6270.7450.8340.870.978gain-25.2288-16.0206-5.85027-3.60514-2.89883-2.70026-2.02732-1.27844-0.78834-0.60481-0.09661截止頻率：4.847khzb 波特圖3. 測量帶通濾波器的幅頻特性(1)無源帶通濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)：as=rcs(rcs)2+3rcs+1multisim仿真的波特圖結(jié)果如下labview仿真設(shè)置如下仿真結(jié)果為(2)有源帶通濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)：as=rcs(rcs)2+2rcs+2multisim仿真的波特圖結(jié)果如下

9、labview仿真設(shè)置如下 仿真結(jié)果為實驗結(jié)果a 逐點測量法vi/v1111111111f/hz10050010002000300050007000100001500020000vo/v0.0180.0750.140.2330.2910.3170.2990.2550.1940.124gain-17.4473-11.2494-8.53872-6.32644-5.36107-4.98941-5.24329-5.9346-7.12198-9.06578截止頻率和同頻帶：1.713hz和11.121hz b 波特圖4. 測量帶阻濾波器的幅頻特性(1)無源帶阻濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)：as=(rcs)2

10、+1(rcs)2+4rcs+1multisim仿真的波特圖結(jié)果如下labview仿真設(shè)置如下仿真結(jié)果為(2)有源帶阻濾波器電路圖如下系統(tǒng)函數(shù)：as=(rcs)2+1(rcs)2+2rcs+1multisim仿真的波特圖結(jié)果如下labview仿真設(shè)置如下仿真結(jié)果為實驗結(jié)果、a逐點測量法vi/v1111111111111f/hz10015002000250030003500400045005000600070001000020000vo/v0.9980.8410.5970.4780.3030.1590.0510.140.2160.3960.5160.7120.865gain-0.00869-0.7

11、5204-2.24026-3.20572-5.18557-7.98603-12.9243-8.53872-6.65546-4.02305-2.8735-1.4752-0.62984同頻帶為：2304.075hz到6968.652hzb 波特圖五、實驗結(jié)果分析與體會1. 由理論分析和結(jié)果圖比較可得，有源濾波器在通頻帶內(nèi)對信號進(jìn)行了放大，使濾波器具有更大的靈活性，并且有源濾波器的q值優(yōu)于無源濾波器。從實驗結(jié)果還可以看出，有源濾波器的截止頻率的理論值跟實驗值偏差很小，而無源濾波器的截止頻率的理論值跟實驗值偏差比較大。2. 無源濾波器：這種電路主要有無源元件r、l和c組成，具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單及維護(hù)方便等優(yōu)點。3. 有源濾波器：集成運放和r、c組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點。