实验七 自制RC有源滤波电路.doc

电子技术实验（模拟电子技术部分）教材 授课班级及专业：2009级电子信息科学与技术专业 授课时间：2011年下学期 袁放成编实验七 自制RC有源滤波电路一 实验目的1.掌握由运算放大器与电阻、电容构成的RC有源滤波器的电路原理。2.掌握滤波器幅频特性的测试方法。二 实验原理及实验参考电路 滤波电路是一种选频电路，它是一种能使有用频率的信号通过，而同时对无用频率的信号进行衰减的电子装置。本实验采用宽带集成运算放大器LF353和电阻、电容构成RC有源滤波电子装置。根据频率特性的基本知识可知，滤波电路的阶数越高，过渡带将越窄，滤波特性越接近理想滤波器的滤波特性，而高于二阶的滤波电路可以由一阶和二阶滤波电路构成，本实验制作RC二阶有源滤波电路。1.压控电压源二阶低通滤波电路 电路如图1所示。图 1 压控电压源二阶低通滤波电路实验电路中R1=R2=R=4.7kW,R3=1kW,R4=586W,C1=C2=C=10nF(涤仑电容103)。电路传递函数为式中通带放大倍数。电压放大倍数为式中特征频率令，则Q称为该滤波电路的品质因数。电路的幅频特性与品质因数的取值相关，如图2所示。 图2 压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性实验电路中通带放大倍数品质因数Q=1/（3-Aup）=1/(3-1.586)=0.707，称为巴特沃思滤波器，电路的上限截止频率fH则刚好等于特征频率f0。图1所示电路中如果品质因数Q1，则电路的上限截止频率可大于特征频率。由图2可知Q大于1的幅频特性曲线的过渡带更陡，幅频特性更好。2.压控电压源二阶高通滤波电路电路如图3所示。图3 压控电压源二阶高通滤波电路实验电路中R1=R2=R=56kW,R3=1kW,R4=586W,C1=C2=C=10nF。电路传递函数为上式中通带放大倍数 电压放大倍数为为使电路不产生自激振荡，应使 即通带放大倍数。 特征频率令，则Q称为电路的品质因数。电路的幅频特性与品质因数的取值相关。实验电路中通带放大倍数品质因数Q=1/（3-Aup）=1/(3-1.586)=0.707，称为巴特沃思滤波器，电路的下限截止频率fL则刚好等于特征频率f0。3.二阶带通滤波电路设低通滤波器的上限截止频率为fH,高通滤波器的下限截止频率为fL,若fLfH,则将低通滤波器和高通滤波器串联可得到带通滤波器。实验电路将图1电路与图3电路串联起来，获得带通滤波电路，则带通滤波电路的下限截止频率，上限截止频率。该滤波电路可作为语音滤波电路，因为语音信号频率为3003400Hz。此滤波器的优点在于电路设计简单，但滤波特性不理想，即过滤带较宽，高质量的滤波电路应采用四阶以上的滤波电路。三 实验仪器 DDS函数信号发生器（型号：TFG2003） 双踪示波器（型号：SS-7802A） 数字万用表（型号：DT9205N） 四 实验内容1.制作低通滤波器及高通滤波器。2.测量低通滤波器的幅频特性。3.测量高通滤波器的幅频特性。4.测量带通滤波器的幅频特性。五 实验步骤 1.由图1和图3分别制作压控电压源二阶低通滤波电路及压控电压源二阶高通滤波电路，运放使用宽带双集成运算放大器LF353。LF353引脚如下图所示。正负电源分别使用+12V和-12V，注意两个电源引脚都需接二个退耦电容（0.1m和10m）。低通滤波电路与高通波电路的运放分别用1,2,3脚和5,6,7脚。两个滤波电路的输入、输出端都可用插针引出。2.低通滤波器幅频特性测试。将信号源输出信号调为正弦信号，其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V，频率置为100Hz，用示波器观察输出信号，若观察到输出端有放大的正弦信号（放大倍数约为1.568），说明电路正常。先测量滤波器的上限截止频fH（注意与理论值比较）,再按数据记录表1测试该电路的幅频特性。在座标纸上画出幅频特性曲线（横轴用f,纵轴用电压增益，提示：可用origin软件或其它画图软件画图，将图形打印输出贴在实验报告上。）（此内容在写实验报告时做）。3.高通滤波器幅频特性测试。将信号源输出信号调为正弦信号，其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V，频率置为5kHz，用示波器观察输出信号，若观察到输出端有放大的正弦信号（放大倍数约为1.568），说明电路正常。先测量滤波器的下限截止频fL（注意与理论值比较）,再按数据记录表2测试该电路的幅频特性。在座标纸上画出幅频特性曲线（横轴用f,纵轴用电压增益，提示：可用origin软件或其它画图软件画图，将图形打印输出贴在实验报告上。）（此内容在写实验报告时做）。4.带通滤波器幅频特性测试。连接低通滤波器的输出与高通滤波器的输入，则电路成为带通滤波器。将信号源输出信号调为正弦信号，其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V，频率置为1kHz，用示波器观察输出信号，若观察到输出端有放大的正弦信号说明电路正常。先测量滤波器的中心频率f0（输出信号最大的频率），再测量其上、下限截止频fH和fL（注意与理论值比较）,最后按数据记录表3测试该电路的幅频特性。在座标纸上画出幅频特性曲线（此内容在写实验报告时做）。六 注意事项1.LF353的正负电源可使用实验五的正负电源。2.滤波电容一定要使用涤纶电容，电容数值的准确度才会高，截止频率的测量与理论值才会接近。3.在撰写实验报告中，注意将实验结果与理论分析进行比较。 七 思考题1.为什么高阶滤波电路的滤波特性更好？ 2.请写出图1电路传递函数的推导过程。 参考教材1.电子技术基础实验电子电路实验设计仿真（第二版），华中理工大学电子学教研室编， 陈大钦主编，高等教育出版社，2000年6月2.电子技术基础实验与课程设计（第二版），高吉祥 主编，电子工业出版社，2005年2月 3.模拟电子技术基础（第四版）清华大学电子学教研组编 华成英 童诗白主编，高等教育出版社，2006年5月 2011.7附录： 实验七 自制RC有源滤波电路数据记录表格数据记录表1 低通滤波电路幅频特性测试(,）实测fH= 3100 Hz Aup= f (Hz)50100150200250300350400450500Uop-p(V)3.243.243.243.243.243.243.243.243.243.24f(Hz)600700800900100012001400160018002000Uop-p(V)3.243.243.243.243.243.223.223.183.103.05f(Hz)2200240026002800300031003200330033503400Uop-p(V)2.962.902.722.612.492.442.332.262.212.18f(Hz)3500360037003800390040004100420043004400Uop-p(V)f(Hz)4500460047004800490050005400580062006600Uop-p(V)数据记录表2 高通滤波电路幅频特性测试（）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)实测fL= 290 Hz Aup=数据记录表3 带通滤波电路幅频特性测试（）(Hz)50100150200210220230240250260Uop-p(V)f(Hz)270280285290300310320330340350Uop-p(V)f(Hz)3