無源與有源濾波器頻率特性研究

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1. 了解RC 無源和有源濾波器的種類、基本結(jié)構(gòu)及其特性；
2．分析和對(duì)比無源和有源濾波器的濾波特性。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1．TKSS-D 型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱
2．雙蹤慢掃描示波器1 臺(tái)
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1．測試無源和有源LPF(低通濾波器)的幅頻特性；
2．測試無源和有源HPF(高通濾波器)的幅頻特性；
3．測試無源和有源BPF(帶通濾波器)的幅頻特性；
4．測試無源和有源BEF(帶阻濾波器)的幅頻特性；
四、實(shí)驗(yàn)原理
1．濾波器是對(duì)輸入信號(hào)的頻率具有選擇性的一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率（通
常是某個(gè)頻率范圍）的信號(hào)通過，而其它頻率的信號(hào)幅值均要受到衰減或抑制。這些網(wǎng)
絡(luò)可以由RLC 元件或RC 元件構(gòu)成的無源濾波器，也可由RC 元件和有源器件構(gòu)成的有源
濾波器。
根據(jù)幅頻特性所表示的通過或阻止信號(hào)頻率范圍的不同，濾波器可分為低通濾波器
（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、和帶阻濾波器（BEF）四種。圖4-1 分
別為四種濾波器的實(shí)際幅頻特性的示意圖。

圖4-1 四種濾波器的幅頻特性

2．四種濾波器的傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路如圖4-2 所示：(a)無源低通濾波器 (b)有源低通濾波器 (c) 無源高通濾波器 (d)有源高通濾波器 (e)無源帶通濾波器 (f)有源帶通濾波器 (g)無源帶阻濾波器 (h)有源帶阻濾波器

圖4-2 四種濾波器的實(shí)驗(yàn)電路
3．濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H（jω），又稱為正弦傳遞函數(shù)，它可用下式表示

式中A(ω)為濾波器的幅頻特性，θ(ω)為濾波器的相頻特性。它們均可通過實(shí)驗(yàn)的方
法來測量。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1．用掃頻電源和示波器（或交流數(shù)字電壓表），從總體上先觀察各類濾波器的濾波
特性。接線時(shí)濾波器的輸入口接掃頻電源的輸出，濾波器的輸出口接示波器或交流數(shù)字
電壓表（掃頻電源的使用說明見附錄）。
2．測試無源和有源低通濾波器的幅頻特性實(shí)驗(yàn)線路如圖：

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在保持正弦波信號(hào)輸出電壓幅值（Ui）不變的情況下，逐漸改變其輸出頻率，用示波器或?qū)嶒?yàn)臺(tái)提供的交流數(shù)字電壓表（f＜200KHz），測量RC濾波器輸出端的電壓U0。當(dāng)改變信號(hào)源頻率時(shí)，都應(yīng)觀測一下Ui是否保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如有改變應(yīng)及時(shí)調(diào)整。
3．分別測試無源、有源HPF、BPF、BEF 的幅頻特性。
注意：對(duì)于波濾波器的輸入信號(hào)幅度不宜過大，對(duì)有源濾波器實(shí)驗(yàn)一般不要超過5V。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量所得數(shù)據(jù)，繪制各類濾波器的幅頻特性曲線。注意應(yīng)將同類型的無源和有源濾波器幅頻特性繪制在同一坐標(biāo)平面上，以便比較并計(jì)算出特征頻率、截止頻率和通頻帶。
2．比較分析各類無源和有源濾器的濾波特性。
七、實(shí)驗(yàn)思考題
1．示波器所測濾波器的實(shí)際幅頻特性與理想幅頻特性有何區(qū)別？
2．如果要實(shí)現(xiàn)LPF、HPF、BPF、BEF 源濾器之間的轉(zhuǎn)換，應(yīng)如何連接？