哈工大模電自主設(shè)計試驗RC有源濾波器

1、姓名班級學(xué)號實驗日期節(jié)次教師簽字成績實驗名稱RC有源濾波器的研究1 .實驗?zāi)康?1)熟悉由集成運放和阻容元件組成的有源濾波器的原理。(2)學(xué)習(xí)RC有源濾波器的設(shè)計，學(xué)會測量有源濾波器幅頻特性。2 .總體設(shè)計方案或技術(shù)路線由阻容元件和運算放大器組成的濾波電路稱為RC有源濾波器。由于集成運放有限帶寬的限制，目前RC有源濾波器的工作頻率較低，一般不超過1MHz(1)低通濾波器低通濾波器用來通過低頻信號，衰減或抑制高頻信號。二階有源低通濾波器由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運算電路組成，第一級電容接至輸出端，引入適量正反饋，以改善幅頻特性。設(shè)計電路圖如下所示，改變輸入信號頻率，記錄輸出信號幅值及放大倍數(shù)，

2、先測量出一組幅頻特性曲線，再改變電阻R的值，記錄數(shù)據(jù)，得到新的幅頻特性曲線，再進行對比。(2)高通濾波器高通濾波器用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。只要將低通濾波器中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波器。高通濾波器的性能與低通濾波器相反，其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡像”的關(guān)系。設(shè)計電路圖如下所示，改變輸入信號頻率，記錄輸出信號幅值及放大倍數(shù)，先測量出一組幅頻特性曲線，改變電阻R的值，記錄數(shù)據(jù)，得到新的幅頻特性曲線，再進行對比。本實驗主要研究低通濾波器和高通濾波器的幅頻特性，截止頻率和品質(zhì)因數(shù)，以及改變電路參數(shù)對濾波效果的影響。3 .實驗電路圖(1)低通濾波器設(shè)計電路圖(由

3、Multisim7繪制)vcc(2)高通濾波器設(shè)計電路圖VCC12U-L2VVDD4 .儀器設(shè)備名稱、型號實驗電路板雙蹤示波器雙路直流穩(wěn)壓電源函數(shù)信號發(fā)生器數(shù)字萬用表導(dǎo)線若干5 .理論分析或仿真分析結(jié)果(1)低通濾波器R4=10kQ時幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下所示AC如日以眥EliIdilWir7«|11川閡口閹回占悒蟲0目M.網(wǎng)mm創(chuàng)力ipBll-:曾虧I用光標(biāo)測量法測得截止頻率為2.0314kHzX1yix2dxfly1/dxi/dyMi口xmaxxminymaxy間回zizltllFEE口等I5S2.0314k1,0901.43171.9999-2.0300k590.092

4、7m492.6222口1.69461,0000l.DOODM878.633SC2,2969當(dāng)R4=1%Q時幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下所示AosilyfijCracksLmaJfiB口恒恒Iw-蛔恫WM第bl幽用光標(biāo)測量法測得截止頻率為2.2220kHzx1yix2Ndxdy1/dxi/dyminxittaxxminymaxy5s2.2220k1.55391.431721999-2.2206k646.0174m450.325Cn1,54791.0000l.DOODM961.6293口3.0018當(dāng)R4=1丞Q時幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下所示口閭口圖國|修彳囪我回市I田M網(wǎng)IACAnaEy

5、sit;|A£AnaisACAji-alysisACAnalysis-ACAnalysisACAfta*用日ziamACAniilysi低Frecpaxy函用光標(biāo)測量法測得截止頻率為2.4108kHz(2)局通濾波器R4=1(kQ時幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下所示ACAnalsiL；|MlAnalysis|A£AjilysisACAnalysisACAnalysis;ACAnalysiL；|MAnalysisA£AjwysisACAiiatysisACAnaly'Sia2J-IJ.Q-LJ-L.Q-血Freijjeufi(Hi)122ACAnalysis

6、FEEcyjenjcv(Hx)用光標(biāo)測量法測得截止頻率為1.2514kHzX1yix2¥2dxpyl/dxi/dyininxmaxxminyinaxy1.2514k1,1741.34661.4526口-1.2501k-1.4174-799.95520-705.5283m1,0000IDO.OOODk769.S371H2,2827R4=1次Q時幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下所示-同區(qū)1LDJO口悒歸冏國固則E|闡，口同中|通網(wǎng)電1*1M凰jBagiysifrafju1526kinin幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下所示R4=15<Q口口呼悶ACAnvlyiiisAUAnah亨達Fr

7、?gwfKy(Eiz；lFrequency(He).5617.34865g78nACAiialyxlsM描明用光標(biāo)測量法測得截止頻率為1.1526kHz1,0000loo.ooook868.4906n-1.5617868.60060-540.3183m用光標(biāo)測量法測得截止頻率為1.0527kHzX11.0527k1.7477X21.3409W1.7942Cdx-1.0513kpy-1.7477l/dx-951.1753Ci/dy-572h1693»minxi.aooomaxxIDO.DOODkminy966.920Snmaxy4.97726.詳細實驗步驟及實驗結(jié)果數(shù)據(jù)記錄(包括各儀器

8、、儀表量程及內(nèi)阻的記錄)(1)檢查導(dǎo)線通斷，儀器儀表是否正常。(2)按低通濾波器電路圖連接好電路，接通電源，輸入端接信號發(fā)生器，輸出端接示波器chi,示波器ch2接口接信號發(fā)生器。(3)令其輸出幅度為1V的正弦波信號，在濾波器截止頻率附近改變輸入信號頻率，觀察電路是否具有低通特性，如不具備，應(yīng)排除電路故障。(4)用示波器觀察輸出電壓幅度的變化，記錄相應(yīng)的頻率和幅度到表格，根據(jù)表格數(shù)據(jù)描繪出幅頻特性曲線。(5)找出曲線上截止頻率的那一點，記錄截止頻率的值，并與理論值進行比較,說明誤差原因。(6)對高通濾波器的研究重復(fù)上述過程即可。實驗數(shù)據(jù)整理:階低通濾波器幅頻特性測試記錄(1)R4=10kQ時輸

9、入幅度1.0Vf/Hz10100200400600100012001400150018001.87k2.0k2.5k3.0k4.0k8.0k10kUo/V2.012.012.012.052.092.132.091.931.811.451.411.250.840.60.360.160.08截止頻率=1.87kHz通帶增益=2.01依據(jù)表格描繪出幅頻特性曲線幅頻特性曲線f/Hz(2)R4=12kQ時輸入幅度1.0Vf/Hz1010050080010001.2k1.5k1.8k2.0k20102.2k2.8k3.5k5.0k6.0k8.0k9.0kUo/V2.212.212.292.492.572.

10、612.371.891.571.551.290.80.520.280.240.160.12截止頻率=2.010kHz通帶增益=2.21依據(jù)表格描繪出幅頻特性曲線幅頻特性曲線圖32,5二10.50i"ll1r2000400060008000f/Hz10000(2)R4=15kQ時輸入幅度1.0Vf/Hz10020050080010001.2k1.4k1.8k2.0k22902.3k2.5k3.0k4.0k6.0k7.0k10kUo/V2.492.532.693.13.53.864.022.932.291.771.611.290.840.480.320.20.12截止頻率=2.229kH

11、z通帶增益=2.49依據(jù)表格描繪出幅頻特性曲線r幅頻特性曲線4aq呂2111nc)200040006000800010000f/Hz二階高通濾波器幅頻特性測試記錄(1)R4=10kQ時輸入幅度1.0Vf/Hz2505008001.0k1.2k12331.3k1.5k1.8k2.0k2.2k3.0k4.0k5.0k6.0k7.0k8.0kUo/V0.060.2170.580.91.371.411.531.852.092.172.252.172.092.092.012.012.01通帶增益=2.01截止頻率=1.233kHz幅頻特性曲線n匚22L5S10.5nX/III02000400060008

12、00010000f/Hz(2)R4=12kQ時輸入幅度1.0Vf/Hz3005008009001k11461.2k1.5k1.8k2.0k2.5k3.0k4.0k5.0k7.0k9.0k10kUo/V0.0920.2450.841.121.171.561.692.432.752.772.632.532.372.292.252.212.21截止頻率=1.146kHz通帶增益=2.21幅頻特性曲線200040006000800010000f/hz(2)R4=15kQ時輸入幅度1.0Vf/Hz3005008001.0k10511.1k1.3k1.5k2.0k2.5k3.0k4.0k5.0k6.0k7

13、.0k9.0k10kUo/V0.110.290.841.531.772.013.264.424.263.503.142.812.692.612.572.532.49通帶增益=2.49截止頻率=1.051kHz幅頻特性曲線7 .實驗結(jié)論對于RC二階有源濾波器，通帶增益為Au=1+Rf/R1,本電路圖中R4=Rf,故R4=10kQ時，通帶增益2.0,R4=12kQ時，通帶增益為2.2,R4=15kQ時，通帶增益2.5,所以通帶增益測量數(shù)據(jù)基本準(zhǔn)確。對于低通濾波器，低頻時信號可以通過，高頻時信號受到抑制，測得R4=10kQ時的截止頻率為1870Hz,R4=12kQ時的截止頻率為2010Hz,R4=1

14、5kQ時的截止頻率為2229Hz,與仿真結(jié)果基本一致。幅頻特性會在某一點達到極大值，這是因為在這一點頻率附近的正反饋作用最強，使該頻段的閉環(huán)增益最大，另外，隨著R4的增大，幅頻特性曲線被抬升的程度明顯增大，極值處更加尖銳。品質(zhì)因數(shù)Q=1/(3-Au),由以上曲線圖可以看出，Q越大，幅頻特性的極大值處更尖銳。對于高通濾波器，高頻時信號可以通過，低頻時信號受到抑制，測得R4=10kQ時的截止頻率為1233Hz,R4=12kQ時的截止頻率為1146Hz,R4=15kQ時的截止頻率為1051Hz,與仿真結(jié)果基本一致。與低通濾波器相似，它的幅頻特性也會在某一點達到極大值，這是因為在這一點頻率附近的正反饋作用最強，使該頻段的閉環(huán)增益最大，另外，隨著R4的增大，幅頻特性曲線被抬升的程度明顯增大，極值處更加尖銳。品質(zhì)因數(shù)Q=1/(3-Au),由以上曲線圖可以看出，Q越大，幅頻特性的極大值處更尖銳。8 .實驗中出現(xiàn)的問題及解決對策連電路時發(fā)現(xiàn)0子板上沒有12kQ的電阻，于是采用了10kQ與2kQ串聯(lián)的方式。第一次連好電路圖后未能在示波器上看到輸出波形，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)有有一條導(dǎo)線接觸不