实验3RC滤波器幅频响应测量仿真

1、实验三 滤波器电路幅频特性的仿真测量一、实验目的1. 掌握感滤波器电路幅频特性的测量方法。2. 了解滤波器电路参数对幅频特性的影响。3. 熟悉无源与有源、低阶与高阶氏滤波器电路幅频特性的区别。二、实验原理与说明1. 系统的频率特性连续77系统的频率特性又称频率响应特性，是指系统在正弦信号激励下稳态响应随激 励信号频率的变化而变化的情况，又称系统函数7/9)。对于一个零状态的线性系统，如图 3-1所示。X(e)Y(o)H(co) X9)式中X(o)为系统激励信号的傅里叶变换，“为系统在零状态条件下输出响应信号的傅里 叶变换。系统函数H9),反映了系统内在的固有的特性，它取决于系统自身的结构及组成

2、系统 元器件的参数，与外部激励无关，是描述系统特性的一个重要参数。劲是。的复函数， 可以表示为H(ca) = H(a)eo其中：模片(e)|随e变化的规律称为系统的幅频特性：辐角0(0)随e变化的规律称为系统 的相频特性。频率特性不仅可用函数表达式表示，还可用随频率/(或e)变化的曲线来描述，如图 3-2所示。(Gain)幅频持性Frequency (Hz)图3-2 阶低通濾波器线性坐标频率特性当频率特性曲线采用对数坐标描述时，又称为波特图，如图3-3所示。(Gain)幅频持性Frequency (Hz)o w W45.Z 爺?r图3-3 阶低通濾波器对数坐标频率特性2一阶肚无源低通滤波电路的

3、幅频特性一阶处无源低通滤波电路如图3-4所示。英系统函数为1 1H(e)=浮= M = RC t Z-tcoRC = H(ty)|Z(ty) 恥)je+4泾+丄RC (RC)21. M 称为幅频特性,（p3 = ga）RC称为相频特性。频率特性曲线如 n 1Q * （RC）2图3-2所亦R+ _a_T丄 C十 390Q图3-4 一阶M无源低通滤波电路当 Q = 0 时，H (fv)| = 1,(po = 0 ：当 0 =恰7 =丄时，= 丁 , 0(e) = -45* :当 e t 8 时，片9)|0, (p(co) -90o电路的幅频特性表明，对于同样大小的输入信号，频率越高，输出信号衰减越

4、大；频率 越低.输岀信号衰减越小或可以认为无衰减*也就是说，对该电路而言，低频信号比较容易 通过，而髙频信号则不容易通过，因此这个电路称为低通滤波器。从幅频特性曲线还可以看岀，当幅频特性下降到最大值的青倍（当采用波特图表示幅频特性时，由最大值下降3dB）,所对应的频率为=丄（或）,称（或）为截上频率。 RC把频率从0到乞（或fc）的范用称为通频带宽B。（或叭）。3.二阶肚无源低通滤波电路的幅频特性二阶肚无源低通滤波电路如图3-5所示。图3-5二阶肚无源低通滤波迫路通常为了改善滤波电路的频率特性而采用髙阶滤波电路.由图3-3 一阶无源低通滤波电 路的幅频特性可以看岀，其阻带衰减为-20dB/十倍

5、频。而采用二阶滤波电路后，英阻带衰减 为-40dB/十倍频，如图3-6所示。4. 二阶肚有源低通滤波电路的幅频特性二阶肚有源低通滤波电路如图3-7所示。同样，采用有源滤波电路也可以改善滤波电路的频率特性。其幅频特性阻带衰减为-35dB/十倍频( uao图3-7二阶肚有源低通遊波电路5 00严-4JJ001J3OFrequency (Hz)图3-8二阶有源低通滤波器对数坐标频率持性同样方法可以获得一阶J二阶腮无源、有源髙通滤波电路的幅频特性的讨论及仿頁结 果级：以及二阶血无源、有源帯通、带阻滤波电路的幅频特性的讨论及仿貞结果：受篇幅 所限不再赘述。三、实验内容与方法1. 一阶M无源低通滤波电路幅

6、频特性的测量在实际工程上，频率特性曲线的测量可以采用扫频仪自动测量，也可以采用正弦信号发 生器和示波器进行手动测量。基于Multisim仿真软件平台完成频率特性曲线的测疑有以下几种方法。一是利用AC Analysis：二是利用波特仪：三是正弦信号电压源和示波器进行手动扫频法测量。这里采用 波特仪观察频率特性曲线，同时兼顾正弦信号电压源和示波器进行手动扫频法测量，给出测 量电路。1）按图3-9构建测量电路并设宜元件参数：用波特仪观察频率特性曲线，并测量截止 频率厶。2）改变电阻观察频率特性曲线的变化，并将测量结果填入表3-1对应的栏目中。3）根据表3-1中尺=3.9口所对应的频率特性曲线及截止频

7、率为参考，采用手动扫频 法测量岀频率特性曲线。图3-9 一阶应低通滤波器频率特性的测虽表3-1/?g)M）3903. 9k39k在扫频法测量频率特性曲线值的过程中，当改变正弦信号电压源的频率时，还应当保持 一阶必无源低通滤波电路的输入电压幅值为一恒肚的最大值不变。也就是说，在每一次调 节正弦信号电压源的频率时，还应当同时调疗其电压有效值，从而保证电路的输入电压幅值 为一恒启的最大值不变，这时获得的输出电压幅值就是测量的频率特性曲线值，并将其填入 表3-2对应的栏目中。这里电路的输入电压幅值和输岀电压幅值通过示波器获得。4）根据表3-2的测量值画出对应的频率特性曲线并计算出截I匕频率。2. 二阶

8、M无源低通滤波电路幅频特性的测量1）按图3-10构建测量电路并设巻元件参数：用波特仪观察频率特性曲线，并测量截止频率fc Q表 3-2R二3. 9kf(Hz)10100500Ik1.5k2k2. 5kUS(V)22222.012.022. 03Uio(V)Uca(V)3k3. 5k3. 7k3.8k3. 9k1.5k5kUS(V)2. 032. 012. 042.042. 052.052. 06Uln(V)Uca(V)2）与一阶氏无源低通滤波电路幅频特性进行比较，并说明频率特性曲线变化的特点。图3-10二阶般低通滤波雅频率特性的测虽3. 二阶脸有源低通滤波电路幅频特性的测量1）按图3-11构建

9、测量电路并设巻元件参数；用波特仪观察频率特性曲线，并测量截止 频率人。2）与二阶兀无源低通滤波电路幅频特性进行比较，并说明频率特性曲线变化的特点。XBP1XSC1图3-11二阶血有源低通濾波器频率特性的测虽4. 二阶应无源高通滤波电路幅频特性的测量按图3-12构建测量电路并设巻元件参数：用波特仪观察频率特性曲线，并测量截I上频 率G图3-12二阶般商通滤波器频率特性的测虽5. 二阶有源高通滤波电路幅频特性的测量1）按图3-13构建测量电路并设巻元件参数：用波特仪观察频率特性曲线，并测量截止 频率厶。2）与二阶肚无源高通滤波电路幅频特性进行比较，并说明频率特性曲线变化的特点。图3-13二阶比有源

10、禹通滤波器频率特性的测址6. 二阶血无源带通滤波电路幅频特性的测量按图3-14构建测量电路并设豊元件参数：用波特仪观察频率特性曲线，并测量中心频 率几，上边频截止频率/，下边频截止频率九，频带宽度3/。图3-11二阶无源带通滤波器频率特性的测虽7. 二阶M有源带通滤波电路幅频特性的测量1）按图3-15构建测量电路并设置元件参数；用波特仪观察频率特性曲线，并测量中心 频率九，上边频截止频率/，下边频截止频率人，频带宽度3厂XBP1XSC12）与二阶肚无源带通滤波电路幅频特性进行比较，并说明频率特性曲线变化的特点。图3-15二阶必有源带通滤波器频率特性的测虽8. 二阶M无源带阻滤波电路幅频特性的测

11、量按图3-16构建测量电路并设程元件参数：用波特仪观察频率特性曲线，并测量中心频 率/（）,上边频截I匕频率九，下边频截止频率九，频带宽度。9. 二阶应有源带阻滤波电路幅频特性的测量1）按图3-17构建测量电路并设巻元件参数：用波特仪观察频率特性曲线，并测量中心 频率人，上边频截止频率fH ,下边频截止频率A ,频带宽度。2）与二阶肚无源带阻滤波电路幅频特性进行比较，并说明频率特性曲线变化的特点。四、实验报告1根据所测量的数据，粗略画岀各个滤波器电路的幅频特性曲线，并标岀各个频率点 的主要参数。讣算出各个滤波器电路的幅频频带宽度。2.说明各个滤波器电路的幅频特性曲线的区别及与电路参数或系统参数之间的关系。图3-16二阶肚无源带阻滤波器频率特性的测虽图3-17二阶应有源带阻滤波器频率特性的测虽五、预习要求1. 预习处电路或系统函数频率响应特性的特点、