主（zhǔ）頁 > 技術（shù）文章 > 有源（yuán）無源濾波（bō）器--信號與係（xì）統實驗箱 2024-09-01

有源無（wú）源濾波器--信號與係統實驗箱

一、實驗目的
1.熟悉模擬濾波（bō）器（qì）的構成及其特性；
2.學（xué）會測量濾波器幅頻特性的方法。
二、實驗原理說明
濾波器是（shì）一種能使（shǐ）有用頻率信號通過而（ér）同時（shí）抑製（或大（dà）為衰減）無用頻率信號的電子裝置。工程上常用它作信號處理、數（shù）據傳送和抑製（zhì）幹擾等。這裏主要是討論模（mó）擬濾波（bō）器。以往這種濾波電路主要采用無源元件R、L和（hé）C組（zǔ）成，60年代以來，集成運放（fàng）獲得了迅速發展，由它和R、C組成的有源濾波電路，具有不用電感、體積小、重量輕等優點。此外，由於（yú）集成運放的開環電壓增益和（hé）輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構成有源濾波電（diàn）路後還具有一定（dìng）的電壓放大和緩衝作用。
但是，集成運放的帶寬（kuān）有限，所以目前有源濾波（bō）電路的工作（zuò）頻率難以做得很高（gāo），這是它（tā）的不足之處。
基（jī）本概念（niàn）及初步定義
1.初（chū）步定（dìng）義
濾波電路的一般（bān）結構如圖3-1所示。圖中的v1（t）表（biǎo）示輸入信號，v0（t）為輸出信號。
假設濾（lǜ）波器是一個線形時不（bú）變網絡，則在複頻域內有
A（S）＝Vo（s）/ Vi（s）

圖3-1 濾波電路的一般結構圖
式中A（s）是（shì）濾波電路的電壓傳遞函數，一般為複數。對（duì）於實際頻率來說（s=jω）則有（yǒu）

這裏

為傳遞（dì）函數的（de）模，Φ（ω）為其（qí）相（xiàng）位角（jiǎo）。
此外，在濾波電路中關心的另一（yī）個量是時延τ（ω），它定義為

通常用幅頻響應來表征一個濾波電路的特性，欲（yù）使信號通過濾（lǜ）波（bō）器的失真很小，則（zé）相位和時延響應亦需考慮。當相位響應Φ（ω）作（zuò）線（xiàn）性變化，即時延響應τ（ω）為常數時，輸出（chū）信號才可能避免失真。
2.濾波電路的（de）分類
對於（yú）幅（fú）頻響應（yīng），通常把能夠通過的（de）信號頻率範圍定義為通帶，而把受阻或衰（shuāi）減的信號頻率範圍稱（chēng）為阻帶，通帶和阻（zǔ）帶的界限頻率稱為（wéi）截止頻率。
理想濾（lǜ）波電路在通帶內應具有零（líng）衰減的幅頻響應和（hé）線性的相位響應，而在阻帶內應具有無限大的幅度（dù）衰減（

=0）。通常通帶和阻帶的相互位置（zhì）不同，濾波電路通常可分為以下幾類：
低通濾（lǜ）波電路（lù）：其幅頻響應如（rú）圖3-2（a）所示（shì），圖中A0表示低頻增益|A|的幅值。由圖可知，它的功能是（shì）通（tōng）過從零到某一截止角頻（pín）率ωH 的（de）低頻（pín）信號，而對大於ωH的所有頻率完全（quán）衰減，因此其帶寬BW=ωH 。
高通濾波電路：其幅頻響應如圖3-2（b）所示，由圖可以看到（dào），在0＜ω＜ωL範圍內（nèi）的頻率（lǜ）為阻帶，高於ωL的頻率為通帶。從理論上來（lái）說，它的帶寬BW= ∞，但實際上，由於受有源器件帶寬的限製，高通濾波電路的（de）帶寬也是有限的。
帶通濾波電路：其幅頻響（xiǎng）應如圖3-2（c）所示，圖中ωL為低邊截止角頻率，ωH高邊截止（zhǐ）角頻率，ω0為中心角頻。由圖可（kě）知，它有兩個阻帶：0＜ω＜ωL和ω＞ωH ，因此帶寬BW= ωH －ωL。
帶阻濾波電路：其幅頻響應如圖（tú）3-2（d）所示，由圖可知，它（tā）有兩個通帶：在0＜ω＜ωH和ω＞ωL，和一個阻帶：ωH＜ω＜ωL。因此它的功能是衰減ωL到ωH間的（de）信號。同（tóng）高通濾（lǜ）波（bō）電路相（xiàng）似，由於受有源器件（jiàn）帶寬的限製，通帶ω＞ωL也是有限的。
帶阻濾波電路抑製頻帶中點所在（zài）角頻率ω0也叫中心角頻率（lǜ）。

（a）低通濾波電路（LPF）（b）高通濾波電路（lù）（HPF）
（c）帶（dài）通濾波電路（BPF）（d）帶阻濾波電路（BEF）
圖3-2各種（zhǒng）濾波電路的幅頻響應
三、實驗（yàn）內容
實驗（yàn）中（zhōng）的輸入信號均（jun1）為1V的正弦波（bō）。
信號源：SW703置於“正弦波”位置上，調節幅度（dù）旋鈕（WR706），使信（xìn）號幅度（dù）為1V。
1.測量低通濾波器（qì）的頻（pín）響特性
圖示3-3（a）為無源低通濾波器。圖3-3（b）為有（yǒu）源（yuán）低通（tōng）濾波器。

圖3-3（a）無源低通濾波器

圖3-3（b）有源低通（tōng）濾波器
（1）逐點測（cè）量法
①信（xìn）號發生器產生（shēng）正弦波，連接H701與P301（低通（tōng）無（wú）源），保（bǎo）持信號（hào）發生器輸入幅度不變。
②逐次改變信號發（fā）生器頻率，並測量其輸出TP302的電壓有效值。
③並將數據（jù）填入表3-1（a）中。
④連接H701與P303（低通有源）。
⑤逐次改變信（xìn）號發生器頻率，並測量其輸出TP304的（de）電壓（yā）有效值。
⑥將數據填入有3-1（b）中（zhōng）。
表3-1（a）低通無源濾（lǜ）波器逐點測量法（fǎ）

表3-1（b）低通有源濾波器逐點測量法

（2）掃頻法測量
利用掃頻儀（yí）測量截止頻率。
（3）測量截止頻率（lǜ）
2.測量高（gāo）通濾波器的頻響（xiǎng）特性（xìng）
圖3-4（a）為高（gāo）通無源濾波器；圖3-4（b）為高通有源濾波（bō）器。

圖3-4（a）高通無源濾波器

圖3-4（b）高通（tōng）有源濾波器
（1）逐點測量法
①信（xìn）號發生器產生正弦波，連接H701與P305（高通無源），保持信號發生器輸入幅度不變。
②逐次改變信號發生器頻率，並測量其（qí）輸出TP306的電壓有效值。
③並將數（shù）據填入表3-2（a）中。
④連接H701與P307（高通有源）。
⑤逐次改變信號發生器頻率（lǜ），並（bìng）測量其輸出TP308的電壓有效值。
⑥將數據填入（rù）有（yǒu）3-2（b）中。
表3-2（a）高通（tōng）無源濾波器逐點測量法

表3-2（b）高通有源濾波器（qì）逐點測量（liàng）法

（2）掃頻法（fǎ）測量
利用掃頻儀測量濾波（bō）器的幅頻響應及（jí）截止頻率。
3.測量帶通濾波器的頻響特（tè）性
圖示3-5（a）為帶通（tōng）無源濾波器，圖3-5（b）為帶通有源濾（lǜ）波器。

圖3-5（a）帶通無源濾波器

圖3-5（b）帶通有源濾波器（qì）
（1）逐點測量其幅頻（pín）響應
①信號發生（shēng）器產生正弦波，連接H701與P309（帶通無源），保持信號發生（shēng）器輸入幅度不變（biàn）。
②逐次改變信號發生器頻（pín）率（lǜ），並測量其輸出TP310的電壓（yā）有效值。
③並將數據填入表3-3（a）中。
④連（lián）接H701與（yǔ）P311（帶通有源）。
⑤逐（zhú）次改變（biàn）信號發生器頻率，並測量（liàng）其輸出TP312的電壓有效值。
⑥將數據填入有（yǒu）3-3（b）中。
表3-3（a）帶通（tōng）無源濾波器逐點測量法

表（biǎo）3-3（b）帶通有源濾波（bō）器逐（zhú）點測量（liàng）法

（2）掃頻法測量
利用掃頻儀測量（liàng）濾波器的幅頻響應及截止（zhǐ）頻（pín）率。
4.測（cè）量帶阻濾波器的頻響（xiǎng）特性
圖示3-6（a）為（wéi）帶阻無源濾波器，圖3-6（b）為帶阻有源濾波器。

圖3-6（a）帶阻無（wú）源濾波（bō）器

圖3-6（b）帶阻有源濾波器
（1）實測（cè）電路（lù）中心頻率。
（2）測量幅頻響應，並填入表3-4。
①信號發生器產生正弦波，連接H701與P313（帶阻無源），保持信（xìn）號發生器輸入幅度不變（biàn）。
②逐次改變信號發生器頻率，並測量其輸出TP314的（de）電壓有效值。
③並（bìng）將數據（jù）填入表3-4（a）中。
④連接H701與P315（帶阻有源）。
⑤逐次改（gǎi）變信號發（fā）生器頻率，並測量其輸出TP316的電壓有效值。
⑥將數據填入有3-4（b）中。
表3-4（a）帶阻無源濾波器逐點測量法（fǎ）

表3-4（b）帶阻有源濾（lǜ）波器逐點測量法

（3）掃頻法測量
利用掃頻儀測量帶阻濾（lǜ）波器的（de）幅頻響應及截止頻率。
四、實驗報告要求
整（zhěng）理實驗數據，並根（gēn）據測試所得的數據繪（huì）製各個濾波器的幅頻響應曲線。
五（wǔ）、實驗（yàn）設備
1.雙蹤（zōng）示波器1台
2.信（xìn）號與係統實驗箱1台

其他產（chǎn）品鏈接：
加強（qiáng）中職學（xué）生對弱電與強電認識
好氧堆肥實（shí）驗裝（zhuāng）置使用說明
電機及電氣技術實訓裝置
傳感器實驗台溫度控（kòng）製儀表操作說明
太陽能光伏發電綜合實訓係統使用說（shuō）明（míng）
電動機（jī）技術工作原理及運行維護
電機與拖動實驗實訓報告
光機電一體化（huà）實訓設備實驗室介紹
機械設計實驗室（shì）
齒輪範成（chéng）儀使用說明書
基礎電工電子實驗室設備
定製熱管換熱器實驗台
家用（yòng）電器之電（diàn）子消毒櫃（guì）實驗指導書
物聯網射頻識別綜合應用實驗箱
初級維修電工實驗台
臭氧（yǎng）氧化脫色實驗（yàn）說（shuō）明書
萃取精餾教（jiāo）學實（shí）驗指導書
二氧化碳PVT關係測（cè）定實驗指導書

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