1、171二阶无源滤波器一、实验目的1 了解 RC 无源滤波器的种类、基本结构及其特性。2 学会列写无源滤波器网络函数的方法。3 学会测量无源滤波器幅频特性的方法。二、实验内容1 列写无源低通、高通、带通和带阻滤波器的网络函数。2 用示波器观察二阶无源滤波器的幅频特性曲线。三、实验仪器1 信号与系统实验箱 一台2 信号系统实验平台3 二阶无源滤波器模块（DYT3000-61） 一块4 20MHz 双踪示波器 一台5 连接线 若干四、实验原理滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大为衰减）无用频率信号的电子装置。工程上常用它作信号处理、数据传送和抑制干扰等。这里主要讨论模拟滤波器。1. 基本
2、概念及初步定义滤波器的一般结构如图 17-1 所示。图中的 Vi（t）表示输入信号， Vo（t）为输出信号。假设滤波器是一个线性时不变网络，则在复频域内其传递函数（系统函数）为 ()oiVsA图 17-1 滤波电路的一般结构式中 A（s）是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。对于频率来说（sj）则有Vo(t)Vi(t) 滤波电路172（式 17-1）()()jAje这里 为传递函数的模， 为其相位角。()此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延 （） ，它定义为()()ds通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相位和时延响应亦需考虑。当相位响应 （）作线性变化，
3、即时延响应 （）为常数时，输出信号才可能避免失真。 2. 滤波电路的分类对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减（ ） 。通常通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可()0Aj分为以下几类： 低通滤波器低通滤波电路的幅频响应如图 17-2（a）所示，图中 A0 表示低频增益A增益的幅值。由图可知，它的功能是通过从零到某一截止角频率 H 的低频信号，而对大于 H 的所有频率完全衰减，因此其带宽 BW H。 高通滤波器高通
4、滤波电路的幅频响应如图 17-2（b）所示，由图可知，在 0 H，因此带宽 BW H L。 带阻滤波器带阻滤波电路的幅频响应如图 17-2（d）所示，由图可知，它有两个通带：在0 L，和一个阻带： H L 也是有限的。图 17-2 各种滤波电路的幅频响应(a) 低通滤波电路(LPF) (b) 高通滤波电路(HPF)(c) 带通滤波电路(BPF) (d) 带阻滤波电路(BEF)二阶无源低通、高通、带通、带阻滤波器电路原理图分别如图 17-3（a） 、17-3 （b） 、17-3（c ） 、17-3（d）所示。 H L H o L L o H实际理想OA0AOA0AOA0AOA0A阻带 通带理想实
5、际实际实际理想理想阻带通带(a) (b)(d)(c)174图 17-3 二阶无源滤波器电路原理图实验中，通过观察正弦波扫频信号与滤波器输出信号的李沙育图形可得到滤波器的幅频特性曲线，为了便于观察，信号经滤波器后再通过峰值检波器，即可得到滤波器的幅频特性曲线。峰值检波器的电路原理图如图 17-4 所示。图 17-4 峰值检波器电路原理图五、实验步骤本实验使用信号源单元和二阶无源滤波器模块。1 熟悉二阶无源滤波器的工作原理。接好电源线，将二阶无源滤波器模块插入信号系统实验平台插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。2 扫频源法观察滤波器的幅频特性： 将信号源单元 “波形选
6、择”跳线的第 1 组引脚连接，并将开关 k2 向下拨，切换至扫频输出。按照实验二的步骤得到扫频正弦波信号，并用示波器观察 OUT1 点锯齿波频率，将其调为 80Hz，作为扫频压控信号。175 将 OUT2 输出的扫频信号送入二阶无源低通滤波器信号输入点 LP_IN，用示波器观察输出点 LP_OUT 的响应波形。 将锯齿波压控信号和低通滤波器输出信号分别接示波器的 X 轴和 Y 轴，观察李沙育图形。 将滤波器输出信号接峰值检波器信号输入端 TOPT_IN，将锯齿波压控信号和峰值检波器输出信号 TOPT_OUT 分别接示波器的 X 轴和 Y 轴，观察低通滤波器的幅频特性曲线。 将扫频信号分别送入高
7、通、带通和带阻滤波器，重复上述实验步骤，分别观察各种滤波器的幅频特性曲线。3 描点法观察滤波器的幅频特性曲线： 将信号源单元产生的频率正弦波送入低通滤波器的信号输入端 LP_IN，用示波器观察 LP_OUT 的输出波形，测量波形的电平值（有效值），记录此时电平值及频率。 调节电位计 OUT2 Freq，改变输入正弦波信号的频率（保持信号幅度不变），重复实验步骤。 整理实验数据，以频率为 X 轴，以幅度（电平）为 Y 轴，绘出幅频特性图。 将频率正弦波信号分别送入高通、带通和带阻滤波器，重复上述实验步骤，绘出各种滤波器的幅频特性曲线。4 研究各滤波器对方波信号或其它非正弦波信号输入的响应（实验步
8、骤自拟）。六、输入、输出点参考说明1 输入点参考说明LP_IN：二阶无源低通滤波器信号输入点。HP_IN：二阶无源高通滤波器信号输入点。BP_IN：二阶无源带通滤波器信号输入点。BS_IN：二阶无源带阻滤波器信号输入点。TOPT_IN：峰值检波器信号输入点。2 输出点参考说明LP_OUT：二阶无源低通滤波器信号输出点。HP_OUT：二阶无源高通滤波器信号输出点。176BP_OUT：二阶无源带通滤波器信号输出点。BS_OUT：二阶无源带阻滤波器信号输出点。TOPT_OUT：峰值检波器信号输出点。七、实验思考题1 试写出各滤波器的电压传递函数 H（S）。2 根据各具体的电压传输函数 H（S）计算相应滤波器的通带、阻带及截止频率 C（ 3dB 处的频率），对于带通、带阻滤波器要计算通带下限截止频率 p1 和上限截止频率 p1。八、实验报告要求1 推导各类无源滤波器的系统函数。2 整理实验数据，绘出各滤波器的幅频特性曲线。3 分析在方波激励下，各滤波器的响应情况。
