實(shí)驗(yàn)七自制RC有源濾波電路

1、實(shí)驗(yàn)七 自制RC有源濾波電路一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握由運(yùn)算放大器與電阻、電容構(gòu)成的RC有源濾波器的電路原理。2.掌握濾波器幅頻特性的測(cè)試方法。二 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)參考電路 濾波電路是一種選頻電路，它是一種能使有用頻率的信號(hào)通過(guò)，而同時(shí)對(duì)無(wú)用頻率的信號(hào)進(jìn)行衰減的電子裝置。本實(shí)驗(yàn)采用寬帶集成運(yùn)算放大器LF353和電阻、電容構(gòu)成RC有源濾波電子裝置。根據(jù)頻率特性的基本知識(shí)可知，濾波電路的階數(shù)越高，過(guò)渡帶將越窄，濾波特性越接近理想濾波器的濾波特性，而高于二階的濾波電路可以由一階和二階濾波電路構(gòu)成，本實(shí)驗(yàn)制作RC二階有源濾波電路。1.壓控電壓源二階低通濾波電路 電路如圖1所示。圖 1 壓控電壓源二階低通濾波電

2、路實(shí)驗(yàn)電路中R1=R2=R=4.7kW,R3=1kW,R4=586W,C1=C2=C=10nF(滌侖電容103)。電路傳遞函數(shù)為式中通帶放大倍數(shù)。電壓放大倍數(shù)為式中特征頻率令，則Q稱(chēng)為該濾波電路的品質(zhì)因數(shù)。電路的幅頻特性與品質(zhì)因數(shù)的取值相關(guān)，如圖2所示。 圖2 壓控電壓源二階低通濾波電路的幅頻特性實(shí)驗(yàn)電路中通帶放大倍數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q=1/（3-Aup）=1/(3-1.586)=0.707，稱(chēng)為巴特沃思濾波器，電路的上限截止頻率fH則剛好等于特征頻率f0。圖1所示電路中如果品質(zhì)因數(shù)Q1，則電路的上限截止頻率可大于特征頻率。由圖2可知Q大于1的幅頻特性曲線(xiàn)的過(guò)渡帶更陡，幅頻特性更好。2.壓控電壓源二階

3、高通濾波電路電路如圖3所示。圖3 壓控電壓源二階高通濾波電路實(shí)驗(yàn)電路中R1=R2=R=56kW,R3=1kW,R4=586W,C1=C2=C=10nF。電路傳遞函數(shù)為上式中通帶放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)為為使電路不產(chǎn)生自激振蕩，應(yīng)使 即通帶放大倍數(shù)。 特征頻率令，則Q稱(chēng)為電路的品質(zhì)因數(shù)。電路的幅頻特性與品質(zhì)因數(shù)的取值相關(guān)。實(shí)驗(yàn)電路中通帶放大倍數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q=1/（3-Aup）=1/(3-1.586)=0.707，稱(chēng)為巴特沃思濾波器，電路的下限截止頻率fL則剛好等于特征頻率f0。3.二階帶通濾波電路設(shè)低通濾波器的上限截止頻率為fH,高通濾波器的下限截止頻率為fL,若fL<fH,則將低通濾波器和高通

4、濾波器串聯(lián)可得到帶通濾波器。實(shí)驗(yàn)電路將圖1電路與圖3電路串聯(lián)起來(lái)，獲得帶通濾波電路，則帶通濾波電路的下限截止頻率，上限截止頻率。該濾波電路可作為語(yǔ)音濾波電路，因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)頻率為3003400Hz。此濾波器的優(yōu)點(diǎn)在于電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但濾波特性不理想，即過(guò)濾帶較寬，高質(zhì)量的濾波電路應(yīng)采用四階以上的濾波電路。三 實(shí)驗(yàn)儀器 DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（型號(hào)：TFG2003） 雙蹤示波器（型號(hào)：SS-7802A） 數(shù)字萬(wàn)用表（型號(hào)：DT9205N） 四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.制作低通濾波器及高通濾波器。2.測(cè)量低通濾波器的幅頻特性。3.測(cè)量高通濾波器的幅頻特性。4.測(cè)量帶通濾波器的幅頻特性。五 實(shí)驗(yàn)步驟 1.由圖1和圖3

5、分別制作壓控電壓源二階低通濾波電路及壓控電壓源二階高通濾波電路，運(yùn)放使用寬帶雙集成運(yùn)算放大器LF353。LF353引腳如下圖所示。正負(fù)電源分別使用+12V和-12V，注意兩個(gè)電源引腳都需接二個(gè)退耦電容（0.1m和10m）。低通濾波電路與高通波電路的運(yùn)放分別用1,2,3腳和5,6,7腳。兩個(gè)濾波電路的輸入、輸出端都可用插針引出。2.低通濾波器幅頻特性測(cè)試。將信號(hào)源輸出信號(hào)調(diào)為正弦信號(hào)，其輸出幅度的峰-峰值Usp-p為2V，頻率置為100Hz，用示波器觀察輸出信號(hào)，若觀察到輸出端有放大的正弦信號(hào)（放大倍數(shù)約為1.568），說(shuō)明電路正常。先測(cè)量濾波器的上限截止頻fH（注意與理論值比較）,再按數(shù)據(jù)記錄

6、表1測(cè)試該電路的幅頻特性。在座標(biāo)紙上畫(huà)出幅頻特性曲線(xiàn)（橫軸用f,縱軸用電壓增益，提示：可用origin軟件或其它畫(huà)圖軟件畫(huà)圖，將圖形打印輸出貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。）（此內(nèi)容在寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)做）。3.高通濾波器幅頻特性測(cè)試。將信號(hào)源輸出信號(hào)調(diào)為正弦信號(hào)，其輸出幅度的峰-峰值Usp-p為2V，頻率置為5kHz，用示波器觀察輸出信號(hào)，若觀察到輸出端有放大的正弦信號(hào)（放大倍數(shù)約為1.568），說(shuō)明電路正常。先測(cè)量濾波器的下限截止頻fL（注意與理論值比較）,再按數(shù)據(jù)記錄表2測(cè)試該電路的幅頻特性。在座標(biāo)紙上畫(huà)出幅頻特性曲線(xiàn)（橫軸用f,縱軸用電壓增益，提示：可用origin軟件或其它畫(huà)圖軟件畫(huà)圖，將圖形打印輸出貼在

7、實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。）（此內(nèi)容在寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)做）。4.帶通濾波器幅頻特性測(cè)試。連接低通濾波器的輸出與高通濾波器的輸入，則電路成為帶通濾波器。將信號(hào)源輸出信號(hào)調(diào)為正弦信號(hào)，其輸出幅度的峰-峰值Usp-p為2V，頻率置為1kHz，用示波器觀察輸出信號(hào)，若觀察到輸出端有放大的正弦信號(hào)說(shuō)明電路正常。先測(cè)量濾波器的中心頻率f0（輸出信號(hào)最大的頻率），再測(cè)量其上、下限截止頻fH和fL（注意與理論值比較）,最后按數(shù)據(jù)記錄表3測(cè)試該電路的幅頻特性。在座標(biāo)紙上畫(huà)出幅頻特性曲線(xiàn)（此內(nèi)容在寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)做）。六 注意事項(xiàng)1.LF353的正負(fù)電源可使用實(shí)驗(yàn)五的正負(fù)電源。2.濾波電容一定要使用滌綸電容，電容數(shù)值的準(zhǔn)確度才會(huì)高，截

8、止頻率的測(cè)量與理論值才會(huì)接近。3.在撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，注意將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析進(jìn)行比較。 七 思考題1.為什么高階濾波電路的濾波特性更好？ 2.請(qǐng)寫(xiě)出圖1電路傳遞函數(shù)的推導(dǎo)過(guò)程。參考教材1.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電子電路實(shí)驗(yàn)·設(shè)計(jì)·仿真（第二版），華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室編， 陳大欽主編，高等教育出版社，2000年6月2.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第二版），高吉祥 主編，電子工業(yè)出版社，2005年2月 3.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）清華大學(xué)電子學(xué)教研組編 華成英 童詩(shī)白主編，高等教育出版社，2006年5月 2011.7附錄： 實(shí)驗(yàn)七 自制RC有源濾波電路數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表1

9、低通濾波電路幅頻特性測(cè)試(,）實(shí)測(cè)fH= Hz Aup= f (Hz)50100150200250300350400450500Uop-p(V)f(Hz)600700800900100012001400160018002000Uop-p(V)f(Hz)2200240026002800300031003200330033503400Uop-p(V)f(Hz)3500360037003800390040004100420043004400Uop-p(V)f(Hz)4500460047004800490050005400580062006600Uop-p(V)數(shù)據(jù)記錄表2 高通濾波電路幅頻特性測(cè)試（

10、）f(Hz)50100150200210220230240250260Uop-p(V)f(Hz)270280285290300310320330340350Uop-p(V)f(Hz)360380400450500550600650700750Uop-p(V)f(Hz)80090010001500200025003000350040004500Uop-p(V)f(Hz)50005500600065007000750080008500900010000Uop-p(V)實(shí)測(cè)fL= Hz Aup=數(shù)據(jù)記錄表3 帶通濾波電路幅頻特性測(cè)試（）(Hz)50100150200210220230240250260Uop-p(V)f(Hz)270280285290300310320330340350Uop-p(V)f(Hz)36038040