有源模拟滤波器实验报告.docx

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有源模拟滤波器实验报告

实验报告

课程名称

模拟滤波器

实验项目名称

有源模拟滤波器设计实验

实验类型

实验学时

8

班级

学号

姓名

指导教师

实验室名称

实验时间

实验成绩

预习部分

实验过程

表现

实验报告

部分

总成绩

教师签字

日期

哈尔滨工程大学教务处制

一、实验目的

1.掌握滤波器的滤波性能特点。

2.掌握常规模拟滤波器的设计、实现、调试、测试方法。

3.掌握滤波器主要参数的调试方法。

4.了解电路软件的仿真方法。

二、实验原理

有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的结束n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下：

1.根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。

2.选择具体的电路形式。

3.根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。

4.解方程组求出电路中元件的具体数值。

5.安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。

根据滤波器所能通过信号的频率范围或阻带信号频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。

a）有源二阶低通滤波器（LPF）

图1压控电压源二阶低通滤波器

b）有源二阶高通滤波器（HPF）

图2压控电压源二阶高通滤波器

c）有源带通滤波器（BPF）

图3压控电压源二阶带通滤波器

d）带阻滤波器（NF）

图4压控电压源双T二阶有源带阻滤波器

三、实验仪器

1.示波器

2.信号源

3.万用表

4.直流稳压电源

四、实验内容

1.二阶低通滤波器

①参照图4电路安装二阶低通滤波器。

元件值取：

R1=R2=R=1.6kΩ，R3=17kΩ，R4=10kΩ，

C1=C2=C=0.1μF，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo和Q的值。

②利用MULTISIM电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。

③取Ui=2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：

保持Ui=2V不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，并将测量结果与理论值相比较。

2.二阶高通滤波器

①参照图6电路安装二阶高通滤波器。

元件值取：

R1=R2=R=1.6kΩ，R3=1.7kΩ，R4=10kΩ，C1=C2

=C=0.1μF，Q=0.707，计算截止频率fc和通带电压放大倍数Auo的值。

②利用MULTISIM电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。

③取Ui=2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：

保持Ui=2V不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，并将测量结果与理论值相比较。

3.二阶带通滤波器

①参照图9电路安装二阶带通滤波器。

元件值取：

R1=R2=R=1.5kΩ，R3=2R=3kΩ，R4=10kΩ，

R5=19kΩ，C1=C2=C=0.1μF，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo和Q的值。

②利用MULTISIM电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。

③取Ui=2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：

保持Ui=2V不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，测出带宽BW，并将测量结果与理论值相比较。

4.二阶带阻滤波器

①参照图12电路安装二阶带通滤波器。

元件值取：

R1=R2=R=3kΩ，R3=0.5R=1.5kΩ，R4=20kΩ，

R5=10kΩ，C1=C2=C=0.1μF，C3=2C=0.2μF，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo和Q的值。

②利用MULTISIM电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真结果。

③取Ui=2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：

保持Ui=2V不变），用万用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，测出带宽BW，并将测量结果与理论值相比较。

五、实验预习和仿真

1.压控电压源型有源二阶低通滤波器

仿真电路：

仿真结果（幅频特性曲线）：

2.压控电压源型有源二阶高通滤波器

仿真电路：

仿真结果：

3.压控电压源型有源二阶带通滤波器

仿真电路：

仿真结果：

4.压控电压源型有源二阶带阻滤波器

仿真电路：

仿真结果：

六、实验数据记录及分析

1.二阶低通滤波器

元件实测值记录表：

R1

R2

R3

R4

C1

C2

1.587kΩ

1.581kΩ

17.48kΩ

9.64kΩ

0.056uF

0.059uF

滤波器特性：

滤波器参数

理论值

测量值

Au0

1.55

1.58

fc/kHz

1.74

1.82

Q

0.7

0.72

幅频特性曲线测量数据记录表：

f（kHz）

0.1

0.5

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

Upp（V）

3.16

3.15

3.12

3.12

3.08

3.04

2.96

2.88

2.80

2.72

f（kHz）

1.5

1.6

1.7

1.8

1.82

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

Upp（V）

2.6

2.48

2.36

2.24

2.21

2.08

1.92

1.84

1.76

1.64

f（kHz）

2.4

2.5

3.0

3.5

4.0

10.0

Upp（V）

1.52

1.44

1.04

0.861

0.624

0.108

2.二阶高通滤波器

元件实测值记录表：

R1

R2

R3

R4

C1

C2

1.587kΩ

1.581kΩ

17.48kΩ

9.64kΩ

0.056uF

0.059uF

滤波器特性：

滤波器参数

理论值

测量值

Au0

1.55

1.5

fc/kHz

1.74

1.8

Q

0.7

0.68

幅频特性曲线测量数据记录表：

f（kHz）

0.1

0.5

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Upp（V）

0.02

0.268

0.632

0.824

0.976

1.14

1.31

1.47

1.60

1.74

f（kHz）

1.6

1.7

1.74

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

Upp（V）

1.88

2.00

2.04

2.12

2.22

2.3

2.38

2.46

2.52

2.56

f（kHz）

2.5

2.7

2.9

3.2

3.5

4.0

5.0

10.0

Upp（V）

2.62

2.68

2.76

2.82

2.86

2.92

3.00

3.00

3.二阶带通滤波器

元件实测值记录表：

R1

R2

R3

R4

R5

C1

C2

1.465kΩ

1.469kΩ

2.99kΩ

9.7kΩ

4.9kΩ

0.0628uF

0.0635uF

滤波器特性：

滤波器参数

理论值

测量值

Au0

1

0.985

fo/kHz

1.66

1.7

fc1/kHz

0.84

0.87

fc2/kHz

3.3

3.5

Q

0.675

0.64

幅频特性曲线测量数据记录表：

f（kHz）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.87

0.9

1.0

1.1

Upp（V）

0.172

0.342

0.512

0.681

0.846

1.01

1.16

1.39

1.425

1.56

1.64

f（kHz）

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.3

2.6

Upp（V）

1.75

1.82

1.88

1.92

1.95

1.97

1.95

1.95

1.92

1.83

1.73

f（kHz）

3.0

3.3

3.5

4.0

4.5

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

Upp（V）

1.57

1.46

1.39

1.24

1.11

1.0

0.842

0.717

0.625

0.562

0.525

4.二阶带阻滤波器

元件实测值记录表：

R1

R2

R3

R4

R5

C1

C2

C3

2.98kΩ

2.99kΩ

1.465kΩ

19.87kΩ

9.7kΩ

0.0582uF

0.0608uF

0.1263uF

滤波器特性：

滤波器参数

理论值

测量值

Au0

1.5

1.47

fo/kHz

0.921

0.86

fc1/kHz

0.57

0.51

fc2/kHz

1.49

1.35

Q

1

1.02

幅频特性曲线测量数据记录表：

f（kHz）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.51

0.6

0.7

0.8

0.9

0.92

Upp（V）

2.94

2.88

2.72

2.50

2.14

2.08

1.74

1.16

0.452

0.276

0.368

f（kHz）

1.0

1.1

1.2

1.3

1.35

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

Upp（V）

0.824

1.36

1.70

1.96

2.08

2.16

2.30

2.44

2.52

2.56

2.62

f（kHz）

2.0

3.0

5.0

10.0

0.86

Upp（V）

2.70

2.88

2.94

2.94

0.054

七、实验感想

通过本次实验，我对各类滤波器的特性有了充分的认识，利用低通滤波器和高通滤波器串并联，便可构造出带通滤波器和带阻滤波器，并学会了滤波器的设计方法，通过对滤波器各项参数（如K，fs，fo等）的计算，掌握了压控电压源型滤波器电路中各个元器件对滤波器频率特性和增益的影响。

在实验中，通过操作仪器，学会了利用信号源扫频模式测量系统频率特性的参数设置方法，并熟练掌握了手动调节示波器的使用方法，在滤波器频率特性测量过程中，学会了利用0.1fo和10fo近似测量低通高通通带增益Ko的方法。

在实验过程中，我发现测量数据与理论计算结果有较大差别，经过理论分析，发下是所选0.1uf电容实际值误差较大，一般都在0.06uf左右，后来通过对选用电阻、电容实际值进行测量并带入计算，发现测量值与计算值较好的吻合了。

在带通滤波器仿真过程中中，发现Rf值选用过大，导致通带增益过大，在测量过程中发生输出波形限幅，通过更换Rf=5K，再次较好的用测量值验证了理论值。

总之，这次实验让我收获很大，这种用实践检验理论的过程让我感受到了成功的快乐。