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文本内容:
实验三无源和有源滤波器
一、实验目的
1、了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性
2、分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性3掌握扫描仪的使用方法(TKSS-C型)
二、仪器设备
1、信号与系统实验箱TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型
2、双踪示波器
三、原理说明
1、滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络,它允许某些频率(通常是某个频带范围)的信号通过,而其他频率的信号受到衰减或抑制,这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器,也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器
2、根据幅频特性表示的通过或阻止信号频率范围的不同,滤波器可分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)四种把能够通过的信号频率范围定义为通带,把组织通过或衰减的信号频率范围定义为阻带而通过与阻带的分界点的频率3c称为截止频率或成转折频率图3-1中的I Hjo|为通带的电压放大倍数,3为中心频率,3cL和3cH分别为低端和高端截止频率四种滤波器的试验线路如图3-2所示:(a)无源低通滤波器(b)有源低通滤波器c无源高通滤波器d有源高通滤波器e无源带通滤波器f有源带通滤波器图
3.2各种滤波g无源带阻滤波器器的试验线路图h有源带阻滤波器图
3、图3-3所示,滤波器的频率特性Hj3又称传递函数,3-2-4它用下式表示3-1式中A3为滤波器的幅频特性,93为滤波器的相频特性它们都可以通过实验的方法来测量图3-3滤波器
四、预习耍求
1、为使实验能顺利进行,做到心中有数,课前对教材的相关内容和实验原理、目的与要求、步骤和方法要做充分的预习并预期实验的结果
2、指导各类无源和有源滤波器的频率特性,并据此分别画出滤波器的幅频特性曲线
3、在方波鼓励下,预测各类滤波器的响应情况
五、实验内容即步骤
1、滤波器的输入端正弦信号发生器或扫频电源,滤波器的的输出端接示波器或交流数字毫伏表,
2、测试无源和有源低通滤波器的幅频特性
(1)测试RC无源低通滤波器的幅频特性用图3-2-1(a)所示的电路测试RC无源低通滤波器的特性实验时,必须保持正弦波信号输入电压(U)幅值不变的情况下,逐渐改变其频率,用试验箱提供的数字是真有效值交流电压表(10Hz(f〈1MH z=,测量RC滤波器输出端电压U2的幅值,并把所测得数据记录表一注意每当改变信号源频率时,都必须观测一下输入信号Ui使之保持不变实验时应介入双踪示波器,分别观测输入Ui和输出U2的波形)(注意在整个实验过程中应保持U]恒定不变)3=1/RO CFHzF0=3/2n Hz0rad/sUiVU V2
(2)测试RC有源低通滤波器的幅频特性实验电路如图3-2-1(b)所示取R=1K、OOOluF、使放大数K=l测试方法用
(1)中的相同的方法进行试验操作,并将实验数据记入表二中表二F0=3/2no=l/RcFHz00Hzrad/sUiVU V
23、分别测试无源、有源HPF、BPF、BEF、幅频特性实验步骤、数据记录表格及实验内容,自行拟定
4、研究各滤波器对方波信号或其它非正弦信号输入的响应(选做,实验步骤自拟)
六、思考题
1、试比较有源滤波器和无源滤波器各自的优缺点
2、各类滤波器参数的改变,对滤波器特性有何影响
七、注意事项
1、在实验测量过程中,必须始终保持正弦波信号的输出(即滤波器的输入)电压Ui幅值不变,且输入信号幅度不宜过大
2、在进行有滤波器实验时,输出端不可短路,以免损害运算放大器
3、用扫频电源作为鼓励时,可很快得出实验结果,但必须熟读电源的操作和使用说明
八、实验报告
1、根据实验测量所得的数据,绘制各类滤波器的幅频特征对于同类型的有源滤波器幅频特性,要求绘制在同一坐标纸上以便比较,计算出各自特征频率、截止频率和通频带
2、比较分析各类无源和有源滤波器的滤波特性
3、分析在方波信号激励下,滤波器的响应情况(选做)4写出本实验的心得体会及意见『注』本次实验内容较多,根据情况课分两次进行。