生物信号滤波器-—-有源低通滤波及50Hz陷波器

1、=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=*信息工程与自动化学院学生实验报告（20* 20* 学年 第一学期）课程名称：* 开课实验室：* 20* 年* 月* 日年级、专业、 班*学 号*姓名*成绩实验项目名 称生物信号滤波器有源低通滤波及50Hz陷波器指导教 师*教师 评语教师签名：年月日'、实验目的1加深对有源低通滤波及50Hz陷波器的认识和理解;2、认识有源滤波生物信号处理中的意义。】、实验原理有源低通滤波通常由RC网络和集运放构成，利用它可以突出有用频率的信号、抑制 干扰、噪声，或衰减无用的信号，达到提高信噪比或选频的目的。、实验内容及步骤1、一阶低滤波器c0.2 UFlK

2、lCmi 110010K IMR2S.2 k Ohm图3-1 一阶低通滤波器及波特图源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=由图3-1电路可知，电路的传递函数为H(S)1r2SCRiR21Ri 1 SR2 CHo记：R2R1为通带增益，故上式可写做H(S)1 sr2c考虑到:1R2C时，并注意到：S= j3，则H( j )Ho源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=即下降3个分贝源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=故一阶低通

3、滤波器的通带截止频率为fo12 R2C2、二阶低通滤波器C20.2 uFFC1Vi*wv-R210K OhmR31 0 k OhmV21 mV/50 HzJU De图3-2二阶低通滤波器及波特图lODim lOOni 10 堆 LOOKro 1 7 3 9 E2 7 16 42 11 一 兮总IJSEqd源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=由图3-2电路可知，电路中R2和C2构成两个反馈支路，其反馈的强弱均与信号的频 率有关，图中的运放可以看作无限增益（指理想运放）的放大环节，因此被称为无限增益 多路反馈滤波电路。其输出电压与 C1上电位的关系是1Uo(S)

4、Uci(S)SR3C2据节点(R1、R2、R3、C1相连接的点)电流法可得Ui(S) Uci(S)U C1 (S) Uci(S) U0(S)U C1 (S)SC1R1R3R2解以上两式组成的方程组，可得传递函数如下R1H(S)1 SC2R2R3(丄R11R22S C1C2 R2 r3源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=通带截止频率及Q值为源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=53 72f0O.37f02 、. R2 R3 C1C2(R1 / R2/ R3

5、)CiR2 R3C2源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=3、双T带阻滤波器（陷波器）livinm 110KlrrlOm 1 inn wk源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=图3-3双T带阻滤波器及波特图用丫一变换技术，可推导出双 T网络的传递函数为H(S)1 (SRC)21 S4RC (SRC)2在1/RC=3 0时，H（3 0） =0,即中心频率为12 RC源-于-网 -络-收

6、-集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=四实验结果记录及分析总结1、一阶低通滤波器的截止频率和增益理论值及测量值:通带截止频率测量值计算值95.86Hz97.09Hz增益-2.91dB-3dB其波特图如下:(805匚审匕Frequency将电路中的理想运放换成 LM741之后，记录其测量值和波特图如下: 通带截止频率测量值：测得的波特图为:72 -龙-Jr-0H2810.11010003.716400426闪ISO通带截止频率测量值计算值94.35Hz97.09Hz增益-2.89dB-3dB2、二阶低通滤波器通带截止频率和增益理论值及测量值:通带截止频率测量值计算值29. 35Hz2

7、9.45Hz增益-2.95dB-3dB当运放为理想运放时测得的波特图如下:源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=二阶低通滤波器理想运族ewb1-+ U45O-0.110LOOO源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=将理想运放换成LM741之后，测得的通带截止频率和增益如下通带截止频率测量值计算值28.84Hz29.45Hz增益-2.87dB-3dB波特图如下:Sa二阶低通滤波器741运放ewbFrequencyV益卫d2、双T带阻滤波器的通带截止频率和增益

8、的理论值和测量值:中心频率测量值计算值55.29Hz51.36Hz增益-26.38dB源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=其波特图如下:匚总O双t帯阻滤波器理想运放血就_u_|-1I.00nu101000164005 h 2(4007P313ojuEnd81274源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=1 .00 u oo0.0010100016-HJ05 lf2e-KJ(J7Frequency将理想运放换成LM741之后，得到其通带截止频率以及增益如下表

9、:中心频率测量值计算值48.69Hz51.36Hz源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=增益-31.55dB其波特图如下所示:源-于-网 -络-收 -集=Word行业资料分享-可编辑版本-双击可删=五预习要求及思考题1、预习一、二阶有源滤波器和双 T带阻滤波器的电路原理；2、进行有关的推导计算，并将结果填入记录表中；3、如何提高双T带阻滤波器的Q值？f1答：滤波器的品质因素的计算公式为 Q= =-，或者Q=-;其中 为阻尼系数,B所以通过降低滤波器的阻尼系数可以提高滤波器的品质因素。4、设计一个40Hz的肌电滤波器。答：基于双T带阻滤波器的原理，将中心频率作修改即可得到所需要的40Hz肌电滤波fo器，双T带阻滤波器的中心频率为2 RC，所以只需将R或者C的值作修改就可以，应该注意修改R的值时三个电阻应该同时作改。最终得到的 40Hz肌电滤波器的电 路图如下图所示：R37.4 kOhnn37.4 kdhiriCi0.1 UFC0.1 UF2C2 UFArvJl Y/50 HzfO Deg5、试验总结及体会答：本次试验的主要目的是认识绕和熟悉几种常见的滤波器的原理及应用设计，通 过本次实验，进一步了解了一阶低通滤波器、二阶低通滤波器以双T带阻滤波器的结构原