有源滤波电路带通滤波器.doc

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实验报告

专业：

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课程名称：

电路原理实验指导老师：

成绩：

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实验名称：

有源滤波电路——带通滤波器

一、实验目的

1.掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路的认识和理解。

2.用Pspice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。

3.根据给定的带通滤波器结构和元件，分析三种不同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波效果，分析电路的频率特性。

4.实现给定方波波形的分解和合成。

二、实验原理

滤波器是一种二端口网络，它的作用是允许某频率范围的信号通过，滤掉或抑制其他频率的信号。

允许通过的信号频率范围称为通带，其余信号的频率范围称为阻带。

许多通过电信号进行通信的设备，如电话、收音机、电视和卫星等都需要使用滤波器。

严格的说，实际的滤波器并不能完全滤掉所选频率的信号，只能衰减信号。

无源滤波器通常由RLC元件组成，一般采取多节T型或π型结构，制造难，成本高，特别是电感元件的重量和体积都很大。

用RC元件与运放集成块构成的有源滤波器，不用电感线圈，因此广泛用于工程电路。

此外，运放的开环电压增益很大，输入阻抗高，输出阻抗低，组成的滤波器有一定的放大、隔离和缓冲作用。

相比于无源滤波器，有源滤波器有许多优点：

可以按要求灵活设置增益，并且无论输出端是否带载，滤波特性不变，这也是有源滤波较无源滤波得到更广泛应用的原因。

1.带通滤波器电路

图1所示为一个无限增益多路反馈带通滤波器电路，传递函数为：

其中各系数为：

表征带通滤波器性质的重要参数有三个，分别是：

中心频率，也即谐振频率，带通滤波器在中心频率处转移函数的幅值最大。

带宽，定义为两个截止频率之差；截止频率ωc的定义为：

转移函数的幅值由最大值下降为最大值的时的频率，即

品质因数，定义为中心频率与带宽之比。

带通滤波器的增益Kp定义为传递函数在中心频率处的幅值增益。

三个带通滤波器设计为：

Kp=4，Q=5，中心频率分别为：

1kHz，3kHz，5kHz，对应各元件参数为：

C=0.01μF，R1=20kΩ，R2=1.8kΩ，R3=160kΩ。

C=0.01μF，R1=6.8kΩ，R2=0.56kΩ，R3=56kΩ。

C=0.01μF，R1=3.9kΩ，R2=0.36kΩ，R3=33kΩ。

2.反相加法器

反相加法器电路如图2所示，输出为：

三、实验接线图

四、实验设备

1.信号源；

2.动态实验单元——滤波器组件；

3.示波器；

五、实验步骤

1.利用PSpice软件，对给出的三个带通滤波器的工作特性进行仿真分析。

输入信号选择幅值为1V，f=1KHz的方波电压。

观察一个方波信号分别通过三个带通滤波器后，波形和谐波成分的变化。

2.利用PSpice软件进行仿真分析，计算正弦信号分别通过三个带通滤波器时的幅频特性。

3.使用Um=1V，f=1KHz的方波电压信号源输出，连接到动态电路板的输入端，将激励源和带通滤波器的输出端分别连至示波器的两个输入口YA和YB，这时可在示波器的屏幕上同时观察到激励与响应的变化规律。

分别选择三个不同中心频率的带通滤波器，观察并记录此时的输出信号的变化；对滤波后的信号分别作fft分析，观察信号中谐波成分的变化情况。

4.使用Um=1V，f=1KHz的方波电压信号源输出，将三个带通滤波器的输出连接到反相加法器的输入端，观察并记录反相加法器输出端信号，并对此信号分别作fft分析，观察信号中谐波成分的变化情况。

5.使用正弦电压信号源输出，绘制中心频率为1KHz、3KHz、5KHz带通滤波器的幅频特性图。

6.选做内容：

将可调电阻接入反相加法器的反馈回路，定性地观察当此电阻变化时，加法器输出信号的变化（输出饱和现象）。

六、实验数据记录

1.记录原始波形分别通过三个带通滤波器后，波形和谐波成分的变化

C=0.01μF，R1=20kΩ，R2=1.8kΩ，R3=160kΩ。

图为输入谐波成分

图为输出谐波成分

C=0.01μF，R1=6.8kΩ，R2=0.56kΩ，R3=56kΩ。

图为输入谐波成分

图为输出谐波成分

C=0.01μF，R1=3.9kΩ，R2=0.36kΩ，R3=33kΩ。

图为输入谐波成分

图为输出谐波成分

2.记录三个带通滤波器的输出波形通过反相加法器后的波形和谐波成分的变化；

图为方波谐波成分

图为合成波谐波成分

3.记录中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性曲线

图为中心频率为1KHz、3KHz、5KHz带通滤波器的幅频特性曲线

幅频特性数据记录表

七、实验数据分析

选做内容：

将可调电阻接入反相加法器的反馈回路，定性地观察当此电阻变化时，加法器输出信号的变化（输出饱和现象）。

现象：

当反馈电阻Rf增大时，输出波形变大，这是因为，但是当反馈电阻Rf增大到某一数值时，运放达到最大输出限制，输出信号出现饱和现象。

八、实验结果或结论

1.总结带通滤波器对通过的信号的影响，原信号波形和谐波成分的变化

带通滤波器能通过某一频率范围内的频率分量，将其他范围的频率分量衰减到极低水平。

例如本次分别观察1kHz、3kHz、5kHz为中心频率的带通滤波器的输入输出波形，原方波为各次谐波叠加而成，通过滤波器后，中心频率的谐波被保留，其他分量被衰减。

2.根据实验结果，总结你对有源滤波器电路工作特性的认识。

有源滤波器能通过并增大某一频率范围内的频率分量，衰减其他范围的频率分量。

电路组成中不带有电感，可以更广泛的应用在工程电路中。

与无源滤波器相比，有源滤波器可以为中心频率提供增益。

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