實驗-集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用

..頁腳.實驗集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用(II)――有源濾波器一、實驗?zāi)康?、熟悉用運(yùn)放、電阻和電容組成有源低通濾波、高通濾波和帶通、帶阻濾波器2、學(xué)會測量有源濾波器的幅頻特性。二、實驗原理(a)低通(b)髙通fIff；f'!fftf上(c)帶通(d)帶阻圖9－1四種濾波電路的幅頻特性示意圖由RC元件與運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器,其功能是讓一定頻率圍的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率圍以外的信號。可用在信息處理、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面,但因受運(yùn)算放大器頻帶限制,這類濾波器主要用于低頻圍。根據(jù)對頻率圍的選擇不同,可分為低通(LPF)、髙通(HPF)、帶通(BPF)與帶阻(BEF)等四種濾波器，它們的幅頻特性如圖9－1所示。具有理想幅頻特性的濾波器是很難實現(xiàn)的,只能用實際的幅頻特性去逼近理想的。一般來說,濾波器的幅頻特性越好,其相頻特性越差,反之亦然。濾波器的階數(shù)越髙,幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。任何髙階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級聯(lián)實現(xiàn)。1、低通濾波器(LPF)低通濾波器是用來通過低頻信號衰減或抑制髙頻信號。如圖9—2(a)所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖9—2(b)為二階低通濾波器幅頻特性曲線。(a)電路圖(b)頻率特性圖9－2二階低通濾波器電路性能參數(shù)RA=1+丁二階低通濾波器的通帶增益uPR11f二截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。o2ncQ二品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。3—AuP2、髙通濾波器(HPF)與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。只要將圖9－2低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源髙通濾波器，如圖9—3(a)所示。髙通濾波器性能與低通濾波器相反，其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡象”關(guān)系，仿照LPH分析方法，不難求得HPF的幅頻特性。(a)電路圖(b)幅頻特性圖9—3二階髙通濾波器電路性能參數(shù)AfQ各量的函義同二階低通濾波器。uP、O、圖9—3(b)為二階髙通濾波器的幅頻特性曲線，可見，它與二階低通濾波器的幅頻特性曲線有“鏡像”關(guān)系。3、帶通濾波器(BPF)(a)電路圖(b)幅頻特性圖9-4二階帶通濾波器這種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶圍的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如圖9－4(a)所示。電路性能參數(shù)通帶增益AupR+R=―4fRRCB41中心頻率1:二2兀丫RC211+-RR13通帶寬度112RB(+—f—CRRRR12343選擇性Q=oB此電路的優(yōu)點是改變R和R的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。f44、帶阻濾波器(BEF)如圖9－5(a)所示，這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶，信號不能通過(或受到很大衰減或抑制)，而在其余頻率圍，信號則能順利通過。在雙T網(wǎng)絡(luò)后加一級同相比例運(yùn)算電路就構(gòu)成了基本的二階有源BEF。2DigUu4f/r：I￡：■；]<912V<?fel:時」0C'CFin■17K]2DigUu4f/r：I￡：■；]<912V<?fel:時」0C'CFin■17K]2Cll(b)頻率特性通帶增益中心頻率upR=1+-f

R112tRC帶阻寬度選擇性B=2(2—A)fup012(2—A)up三、實驗設(shè)備與器件1、±12V直流電源2、函數(shù)信號發(fā)生器3、雙蹤示波器四、實驗容1、二階低通濾波器實驗電路如圖9—2(a)4、交流毫伏表5、頻率計6、uA741X1電阻器、電容器若干。(a)電路圖圖9－5二階帶阻濾波器電路性能參數(shù)(1)粗測：接通±12V電源。u接函數(shù)信號發(fā)生器，令其輸出為U=1V的正弦波信ii號，在濾波器截止頻率附近改變輸入信號頻率，用示波器或交流毫伏表觀察輸出電壓幅度的變化是否具備低通特性，如不具備，應(yīng)排除電路故障。(2)在輸出波形不失真的條件下，選取適當(dāng)幅度的正弦輸入信號，在維持輸入信號幅度不變的情況下，逐點改變輸入信號頻率。測量輸出電壓，記入表9-1中，描繪頻率特性曲線。表9—1f(Hz)——42、二階高通濾波器實驗電路如圖9—3(a)(1)粗測：輸入U=1V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i電路是否具備高通特性。(2)測繪高通濾波器的幅頻特性曲線，記入表9-2。表9—2f(Hz)—43、帶通濾波器實驗電路如圖9—4(a)，測量其頻率特性。記入表9—3。實測電路的中心頻率f°以實測中心頻率為中心，測繪電路的幅頻特性表9—3f(Hz)UO(V4、帶阻濾波器實驗電路如圖9—5(a)所示。實測電路的中心頻率f°測繪電路的幅頻特性，記入表9-4。表9—4f(Hz)—Uo(v五、實驗總結(jié)1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各電路實測的幅頻特性。2、根據(jù)實驗曲線，計算截止頻率、中心頻率，帶寬及品質(zhì)因數(shù)。3、總結(jié)有