无源滤波器和有源滤波器实验报告.doc

专业：_ _自动化_ _姓名：_刘庆宇_学号：_3110101267_日期：_2013/5/24_地点：_ _ _东3-409_ 实验报告课程名称：_信号分析与处理实验_指导老师：_ _孙晖_成绩：_实验名称：_无源滤波器和有源滤波器_实验类型：_同组学生姓名：_张悦_刘启航_一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1. 熟悉模拟滤波器的构成及其特性；2. 学会测量滤波器幅频特性的方法。二、实验器材1. pc一台；2. ni mydaq便携式数据采集设备1套；3. 面包板1块，电阻、电容、运算放大器(741)若干，导线。装 订 线三、实验原理1. 滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由rlc组件或rc组件构成的无源滤波器，也可由rc组件和有源器件构成的有源滤波器。2. 滤波电路的一般结构如21所示。图中的vi(t)表示输入信号，v0（t）为输出信号。假设滤波器是一个线形时不变网络，则在复频域内其传递函数（系统函数）为 滤波电路vi(t)v0(t)a（s）图2-1 滤波电路的一般结构式中a（s）是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。对于频率来说（s=j）则有 a（j）a（j）ej() (2-1)这里a（j）为传递函数的模，()为其相位角。此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延（），它定义为 （）- (2-2)通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相位和时延响应亦需考虑。当相位响应()作线性变化，即时延响应（）为常数时，输出信号才可能避免失真。3. 对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减（a（j）。通常通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可分为以下几类：低通滤波电路 其幅频响应如图3-2a所示，图中a表示低频增益a增益的幅值。由图可知，它的功能是通过从零到某一截止角频率h的低频信号，而对大于h的所有频率完全衰减，因此其带宽bwh。高通滤波电路 其幅频响应如图3-2b所示，由图可以看到，在0l范围内的频率为阻带，高于l的频率为通带。从理论上来说，它的带宽bw，但实际上，由于受有源器件带宽的限制，高通滤波电路的带宽也是有限的。带通滤波电路 其幅频响应如图3-2c所示，图中l为低边截止角频率，h高边截止角频率，0为中心角频率。由图可知，它有两个阻带：0l和h，因此带宽bwhl。带阻滤波电路 其幅频响应如图3-2d所示，由图可知，它有两个通带：在0h和l，和一个阻带：hl。因此它的功能是衰减l到h间的信号。同高通滤波电路相似，由于受有源器件带宽的限制，通带l也是有限的。带阻滤波电路抑制频带中点所在角频率0也叫中心角频率。图2-2 各种滤波电路的幅频响应（a）低通滤波电路(lpf) （b）高通滤波电路(hpf) （c）带通滤波电路(bpf) （d）带阻滤波电路(bef) 四、实验内容与结果打开labview sfp仪器套件，单击fgen图标进入函数发生器功能，设置波形为正弦波，峰值为1v，由ao 0通道输出。1. 测量低通滤波器的幅频特性(1) 无源低通滤波器电路图如下系统函数为：as=1(rcs)2+3rcs+1multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下仿真结果为(2)有源低通滤波器电路图如下系统函数：as=1(rcs)2+2rcs+1multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下仿真结果为实验测量结果a逐点测量法vi/v1111111111f/hz1001000150020002500300035005000750010000vo/v0.9990.9160.8340.7360.6370.5450.470.3030.1630.099gain-0.00435-0.38105-0.78834-1.33122-1.95861-2.63603-3.27902-5.18557-7.87812-10.0436截至频率：2.057khzb测量波特图2. 测量高通滤波器的频幅特性(1)无源高通滤波器电路图如下系统函数为：as=(rcs)2(rcs)2+3rcs+1multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下仿真结果为(2)有源高通滤波器电路图如下系统函数：as=(rcs)2(rcs)2+2rcs+1multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下仿真结果为实验结果a 逐点测量法vi/v11111111111f/hz10050020003000350040004500600080001000020000vo/v0.0030.0250.260.4360.5130.5370.6270.7450.8340.870.978gain-25.2288-16.0206-5.85027-3.60514-2.89883-2.70026-2.02732-1.27844-0.78834-0.60481-0.09661截止频率：4.847khzb 波特图3. 测量带通滤波器的幅频特性(1)无源带通滤波器电路图如下系统函数：as=rcs(rcs)2+3rcs+1multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下仿真结果为(2)有源带通滤波器电路图如下系统函数：as=rcs(rcs)2+2rcs+2multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下 仿真结果为实验结果a 逐点测量法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截止频率和同频带：1.713hz和11.121hz b 波特图4. 测量带阻滤波器的幅频特性(1)无源带阻滤波器电路图如下系统函数：as=(rcs)2+1(rcs)2+4rcs+1multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下仿真结果为(2)有源带阻滤波器电路图如下系统函数：as=(rcs)2+1(rcs)2+2rcs+1multisim仿真的波特图结果如下labview仿真设置如下仿真结果为实验结果、a逐点测量法vi/v1111111111111f/hz10015002000250030003500400045005000600070001000020000vo/v0.9980.8410.5970.4780.3030.1590.0510.140.2160.3960.5160.7120.865gain-0.00869-0.75204-2.24026-3.20572-5.18557-7.98603-12.9243-8.53872-6.65546-4.02305-2.8735-1.4752-0.62984同频带为：2304.075hz到6968.652hzb 波特图五、实验结果分析与体会1. 由理论分析和结果图比较可得，有源滤波器在通频带内对信号进行了放大，使滤波器具有更大的灵活性，并且有源滤波器的q值优于无源滤波器。从实验结果还可以看出，有源滤波器的截止频率的理论值跟实验值偏差很小，而无源滤波器的截止频率的理论值跟实验值偏差比较大。2. 无源滤波器：这种电路主要有无源元件r、l和c组成，具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点。3. 有源滤波器：集成运放和r、c组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。