哈工大模电自主设计实验RC有源滤波器要点

1、姓名 班级 学号实验日期节次 教师签字 成绩实验名称RC有源滤波器的研究1 .实验目的(1)熟悉由集成运放和阻容元件组成的有源滤波器的原理。(2)学习RC有源滤波器的设计，学会测量有源滤波器幅频特性。2 .总体设计方案或技术路线由阻容元件和运算放大器组成的滤波电路称为 RC有源滤波器。由于集成运 放有限带宽的限制，目前 RC有源滤波器的工作频率较低，一般不超过 1MHz (1)低通滤波器低通滤波器用来通过低频信号，衰减或抑制高频信号。二阶有源低通滤波 器由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，第一级电容接至输出端，引入 适量正反馈，以改善幅频特性。设计电路图如下所示，改变输入信号频率，记录

2、输出信号幅值及放大倍数，先测量出一组幅频特性曲线，再改变电阻R的值，记 录数据，得到新的幅频特性曲线，再进行对比。(2)高通滤波器高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。只要将低通滤波器中 起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器。 高通滤波器的性 能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜像”的关系。设计电路图 如下所示，改变输入信号频率，记录输出信号幅值及放大倍数，先测量出一组幅 频特性曲线，改变电阻R的值，记录数据，得到新的幅频特性曲线，再进行对比。本实验主要研究低通滤波器和高通滤波器的幅频特性，截止频率和品质因 数，以及改变电路参数对滤波效果的影响。3 .实

3、验电路图(1)低通滤波器设计电路图(由 Multisim7绘制)vcc(2)高通滤波器设计电路图VCC12U-L2VVDD4 .仪器设备名称、型号实验电路板双踪示波器双路直流稳压电源函数信号发生器数字万用表导线若干5 .理论分析或仿真分析结果(1)低通滤波器R4=10kQ时 幅频特性曲线和相频特性曲线如下所示Analyjis GeojiIlsEli Idil Wir 7«|11川阂口阉回占悒虫0目M.网mm创力AC如日以眦ipBll-:曾亏 I用光标测量法测得截止频率为2.0314kHz5SX 1 yi x2dx fly 1/dx i/dyMi口 x max x min y max

4、y间回2.0314k 1,090 1.4317 1.9999-2.0300k590.0927m492.6222口1.6946 1,0000 l.DOODM878.633SC2,2969当R4=12<Q时幅频特性曲线和相频特性曲线如下所示Aosilyfij CracksLm a JfiB口恒恒I w-蛔恫WM第bl幽zizltllFEE 口等I用光标测量法测得截止频率为2.2220kHz5sx 1 yi x2 Ndx dy1/dx i/dy min x ittax x min y max y2.2220k1.55391.431721999-2.2206k646.0174m450.325Cn

5、1,54791.0000l.DOODM961.6293口3.0018当R4=1丞Q时幅频特性曲线和相频特性曲线如下所示口闾口图国|修彳囱我回市I田M 网IAC AnaEysit; | A£ Anais AC Aji-alysis AC Analysis- AC Analysis AC Afta*用日ziamAC Aniilysi低Frecpaxy 函用光标测量法测得截止频率为2.4108kHz(2)局通滤波器R4=1(kQ时幅频特性曲线和相频特性曲线如下所示AC AnalsiL； | Ml Analysis | A£ Ajilysis AC Analysis AC Anal

6、ysis; AC AnalysiL； | M Analysis A£ Ajwysis AC Aiiatysis AC Analy'Sia122AC Analysis2J -IJ.Q -LJ -L .Q -血Freijjeufi (Hi)FEEcyjenjcv (Hx)用光标测量法测得截止频率为1.2514kHzX 1 yi x2 ¥2 dx py l/dx i/dy inin x max x min y in ax y-同区11.2514k 1,174 1.34661.4526口-1.2501k-1.4174 -799.95520 -705.5283m1,0000

7、IDO.OOODk 769.S371H2,2827R4=1次Q时幅频特性曲线和相频特性曲线如下所示jBagiysifrafju口悒归冏国固则E |阐，口同中|通网电1*1 M 凰LDJO用光标测量法测得截止频率为1.1526kHz152 6kinin幅频特性曲线和相频特性曲线如下所示R4=15<Q口 口呼闷AC AnvlyiiisAU Anah亨达Fr?gwfKy(Eiz；lFrequency (He).5617 .34865g78nAC Aiialyxls M 描明1,0000 loo.ooook 868.4906n-1.5617 868.60060 -540.3183m用光标测量法测

8、得截止频率为1.0527kHzX 11.0527k1.7477X21.3409W1.7942Cdx-1.0513kpy-1.7477l/dx-951. 1753Ci/dy-572 h1693»min xi.aooomax xIDO.DOODkmin y966.920Snmax y4.97726.详细实验步骤及实验结果数据记录(包括各仪器、仪表量程及内阻的记录)(1)检查导线通断，仪器仪表是否正常。(2)按低通滤波器电路图连接好电路，接通电源，输入端接信号发生器，输出端接示波器chi,示波器ch2接口接信号发生器。(3)令其输出幅度为1V的正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频

9、 率，观察电路是否具有低通特性，如不具备，应排除电路故障。(4)用示波器观察输出电压幅度的变化，记录相应的频率和幅度到表格，根据 表格数据描绘出幅频特性曲线。(5)找出曲线上截止频率的那一点， 记录截止频率的值，并与理论值进行比较, 说明误差原因。(6)对高通滤波器的研究重复上述过程即可。实验数据整理:阶低通滤波器幅频特性测试记录(1) R4=10kQ时输入幅度 1.0 Vf/Hz10100200400600100012001400150018001.87k2.0k2.5k3.0k4.0k8.0k10kUo/V2.012.012.012.052.092.132.091.931.811.451.

10、411.250.840.60.360.160.08截止频率=1.87kHz 通带增益=2.01依据表格描绘出幅频特性曲线f/Hz(2) R4=12kQ时输入幅度1.0 Vf/Hz1010050080010001.2k1.5k1.8k2.0k20102.2k2.8k3.5k5.0k6.0k8.0k9.0kUo/V2.212.212.292.492.572.612.371.891.571.551.290.80.520.280.240.160.12截止频率=2.010kHz 通带增益=2.21依据表格描绘出幅频特性曲线幅频特性曲线图32, 5二 10. 50i"ll1r2000400060

11、008000f/Hz10000(2) R4=15kQ时输入幅度1.0 Vf/Hz10020050080010001.2k1.4k1.8k2.0k22902.3k2.5k3.0k4.0k6.0k7.0k10kUo/V2.492.532.693.13.53.864.022.932.291.771.611.290.840.480.320.20.12截止频率=2.229kHz通带增益=2.49依据表格描绘出幅频特性曲线r幅频特性曲线4a q吕2111nc)200040006000800010000f/Hz二阶高通滤波器幅频特性测试记录(1) R4=10kQ 时输入幅度1.0 V截止频率=1.233kH

12、z通带增益=2.01f/Hz2505008001.0k1.2k12331.3k1.5k1.8k2.0k2.2k3.0k4.0k5.0k6.0k7.0k8.0kUo/V0.060.2170.580.91.371.411.531.852.092.172.252.172.092.092.012.012.01幅频特性曲线n 匚22L5S 10.5 nX/III0200040006000800010000f/Hz(2) R4=12kQ时输入幅度 1.0 Vf/Hz3005008009001k11461.2k1.5k1.8k2.0k2.5k3.0k4.0k5.0k7.0k9.0k10kUo/V0.0920

13、.2450.841.121.171.561.692.432.752.772.632.532.372.292.252.212.21截止频率=1.146kHz通带增益=2.21幅频特性曲线200040006000800010000f/hz(2) R4=15kQ 时输入幅度1.0 Vf/Hz3005008001.0k10511.1k1.3k1.5k2.0k2.5k3.0k4.0k5.0k6.0k7.0k9.0k10kUo/V0.110.290.841.531.772.013.264.424.263.503.142.812.692.612.572.532.49截止频率=1.051 kHz通带增益=2.

14、497 .实验结论对于RC二阶有源滤波器，通带增益为Au=1+Rf/R1,本电路图中R4=Rf ,故 R4=10kQ时，通带增益 2.0, R4=12kQ时，通带增益为 2.2, R4=15kQ时，通 带增益2.5,所以通带增益测量数据基本准确。对于低通滤波器，低频时信号可以通过，高频时信号受到抑制，测得R4=10kQ 时的截止频率为1870Hz, R4=12kQ时的截止频率为2010Hz, R4=15kQ时的截 止频率为2229Hz,与仿真结果基本一致。幅频特性会在某一点达到极大值，这 是因为在这一点频率附近的正反馈作用最强，使该频段的闭环增益最大，另外， 随着R4的增大，幅频特性曲线被抬升

15、的程度明显增大，极值处更加尖锐。品质 因数Q=1/(3-Au),由以上曲线图可以看出，Q越大，幅频特性的极大值处更尖锐。对于高通滤波器，高频时信号可以通过，低频时信号受到抑制，测得R4=10kQ 时的截止频率为1233Hz, R4=12kQ时的截止频率为1146 Hz, R4=15kQ时的截 止频率为1051 Hz,与仿真结果基本一致。与低通滤波器相似，它的幅频特性也 会在某一点达到极大值，这是因为在这一点频率附近的正反馈作用最强，使该频 段的闭环增益最大，另外，随着 R4的增大，幅频特性曲线被抬升的程度明显增 大，极值处更加尖锐。品质因数 Q=1/(3-Au),由以上曲线图可以看出，Q越大， 幅频特性的极大值处更尖锐。8 .实验中出现的问题及解决对策连电路时发现0子板上没有12kQ的电阻，于是采用了 10kQ与2kQ串联的 方式。第一次连好电路图后未能在示波器上看到输出波形，经过检查发现有有一条导线接触