有源滤波器实验报告.docx

实验报告课程名称：电路分析与设计实验 指导老师： 成绩：_实验名称：滤波器分析与设计实验 实验类型：电子技术型实验 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、 实验目的和要求：1掌握有源滤波器的分析和设计方法。2学习有源滤波器的调试、幅频特性的测量方法。3了解滤波器的结构和参数对滤波器性能的影响。4用EDA仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响二、 实验内容和原理：1设计二阶有源多重负反馈型低通滤波器，其参数指标：通带增益 ，固有频率 ；计算其品质因数Q和实际的截止频率 ；2对所设计的有源滤波器进行软件仿真，分析其参数指标，及其幅频/相频特性曲线；3对步骤2设计所得的电路参数做适当调整，并重新设计和软件仿真，观察参数对品质因数Q和截止频率 的影响；4仿照步骤1/2/3，设计并仿真二阶有源高通、带通滤波器（指标自定义）。5. 实际电路测试6. 滤波器主要性能指标1) 传递函数Av(s)：反映滤波器增益随频率的变化关系，也称为电路的频率响应、频率特性。2) 通带增益 Avp：通频带放大倍数，为一个实数。3) 固有频率 fc：也称自然频率、特征频率， 其值由电路元件的参数决定。4) 通带截止频率fp：滤波器增益下降到其通带增益Avp 的 0.707倍时所对应的频率（也称3dB 频率、半功率点、上限频率（ H 、 fH ）或下限频率（ L、 fL） 。5) 品质因数Q：反映滤波器频率特性的一项重要指标，不同类型滤波器的定义不同。三、 主要仪器设备：模电实验箱、函数信号发生器、示波器、稳压源四、 操作方法和实验步骤：1) 在实验箱上连接所设计的电路。2) 有源滤波器的静态调零。3) 测量滤波器的通带增益Avp、 通带截止频率 fp。4) 测量滤波器的频率特性。5) 依次测试低通滤波器、高通滤波器，再将两者串联为带通滤波器，最后再使用单运放直接连接为带通滤波器并测试。五、 实验数据记录与处理1) 二阶有源多重负反馈型低通滤波器：图1低通滤波器电路图：表1 低通滤波器测试结果静态测试：V+ = V- = Vo = 0 Vcc = 14.7V Vee = 14.3V动态参数：信号Vpp = 2V =0f(Hz)100300500700800900937.81k1.5k2k3kVo(V)8887.66.066.325.474.723.121.880.86()173154136117107969287544125.5Avpfc(Hz)fp(Hz)Q理论值-4937.8=fc=937.8Hz0.7071068实测值-49310.68375仿真值-49380.707图2低通波特图：2) 无限增益多路负反馈二阶高通滤波器电路设计图：图3高通滤波器电路图：表2 高通滤波器测试结果静态测试：V+ = V- = Vo = 0 Vcc = 14.7V Vee = 14.3V动态参数：信号Vpp = 2V =0f(Hz)1001103005008001k2kVo(V)5.285.767.67.67.67.67.6()-86.4-91-152-163-172-172-174Avpfc(Hz)fp(Hz)Q理论值-4.7110.7Hz=fc=110.7Hz0.707实测值-3.81050.758仿真值-4.681130.688幅频特性与相频特性图：图4高通滤波器波特图：3) 两者串联为带通滤波器：表3 带通通滤波（级联）器测试结果静态测试：V+ = V- = Vo = 0 Vcc = 14.7V Vee = 14.3V动态参数：信号Vpp =1V =0f(Hz)501003005008001k2kVo(V)3.2410.61514.612.610.63.44()13787.52.3-31-65.1-87.1-142AvpfL(Hz)fH(Hz)Q理论值18.8110.7937.80.707实测值151001k0.65仿真值18.361119510.696图5带通滤波器（级联）波特图：4) 带通滤波器设计与仿真：指标设定：Avp = -1 fr = 3kHz BW = 4kHz计算并选择参数：C = 0.01uF R1=4k R2 = 8k R3 = 31k指标理论值：Avp = -1 Q = 0.75 fr = 2.99kHz BW = 3.98kHz图6带通滤波器电路图：性能测试：表4 带通滤波器仿真结果AvpfL(Hz)fH(Hz)BW(Hz)0.991.61k5.62k4.01k幅频特性与相频特性图：图7带通滤波器波特图：六、 结果分析从仿真测试数据看，电路设计基本符合设计目标，但与实测数据之间有误差，低通电路中，主要误差在于Q值的测量，测量过程中注意到同一频率的输出电压多次测量结果均不相等，且电压幅度不大，导致相对误差会比较大，而Q值又是比值的形式，所以会有较大误差。高通电路中主要是放大倍数测量误差较大，由于在实验时没能找到两个0.47uF的电容，所以其中有一个是通过多个电容串并联而成的。实验时忽略了这一问题，没有测量实际电容大小，而高通电路的放大倍数正是由电容大小决定的，所以这一细节会对电压放大倍数有较大影响。电路参数对频率特性的影响：1） 低通：以图1电路为基础进行调节改变Rf为22k，此时电路频率特性变化不大，主要影响反馈量，从而改变Avp；从表达式上看，其Q值电阻R1的0次项有关，与R2和Rf的1/2次项有关，所以可通过大幅度改变R2、Rf或者同时改变来影响Q值，以下将Rf和R2同时增大10倍：然后Q值又分别与C1、C2的1/2次呈正负相关，fc与两者都是负相关，以下分别将C1增大10倍，C2增大10倍，以及同时增大10倍：可以看出，Q值和fc受到明显影响。另外也可以看出，改变参数虽然会影响电路特性，但也恰