无源和有源滤波器..

信号与系统课程实践

《无源和有源滤波器》

学 院：物理与电气工程学院

专 业： 电子信息工程 指导教师： 冯 丽 娜 学 号： 131102016 姓 名： 郭 帅 锋 成 绩:

日 期：2015年5月31日

无源和有源滤波器

引言：

在电子电路中，输入信号的频率有很多，其中有些频率是需要的工作信号，有些频率是不需要的干扰信号。如果这两个信号在频率上有较大的差别，就可以用滤波的方法将所需要的信号滤出。滤波电路的作用是允许模拟输入信号中某一部分频率的信号通过，而阻断另一部分频率的信号通过。

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。 二、实验仪器

1、信号与系统实验箱 TKSS－B 型； 2、双踪示波器。 三、实验原理

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，而其它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、根据幅频特性所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，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为阻带。而通带与阻带的分界点的频率 c称为截止频率或称转折频率。图 3-1 中的

0为中心频率， cL和 cH分别为低端和高端截止H(j)为通带的电压放大倍数，

频率。

3-1 各种滤波器的理想频幅特性

四种滤波器的实验线路如图 3-2 所示：

(a)无源低通滤波器 (b)有源低通滤波器

图 3-2-1

(c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器

图 3-2-2

(e)无源带通滤波器 (f)有源带通滤波器

图 3-2-3

(g)无源带阻滤波器 (h)有源带阻滤波器

图 3-2-4

图 3-2 各种滤波器的实验线路图

3、图3－3所示，滤波器的频率特性H（jω）（又称传递函数），它用下式表示：

（式3-1）

() 式中A（ ）为滤波器的幅频特性， 为滤波器的相频特性。他们都可以通

过实验的方法来测量。

图3-3 滤波器 四、实验内容及步骤

1、滤波器的输入端接正弦信号发生器，滤波器的输出端接双踪示波器； 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，必须在保持正弦波信号输入电压（U1）幅值不变的情况下，逐渐改变其频率，利用示波器读出 RC 滤波器输出端电压U2的幅值，并把所测的数据记录表一。注意：每当改变信号源频率时，都必须观测一下输入信号U1使之保持不变（由于实验箱的制作工艺问题，在没操作信号发生器幅度旋钮的情况下，由于信号频率的改变，有可能发生输出信号幅度变化的现象）。实验时应接入双踪示波器，分别观测输入U1和输出U2的波形。

（2）分别测试无源、有源 LPF、HPF、BPF、BEF 的幅频特性（因实验时间， （3）本实验可分开两次完成：第一次测试无源滤波器，第二次测试由源滤波器）。 五、注意事项

U11、在实验测量过程中，必须始终保持正弦波信号源的输出（即滤波器的输入）电压 幅值不变，且输入信号幅度不宜过大。

2、在进行有源滤波器实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。 六、总结

1、实验测量所得的数据如附录一所示；，绘制各类滤波器的幅频特性曲线。对于同类型的无源和有源滤波器幅频特性其图形如附录二所示。

2、分析无源和有源滤器的滤波特性其不同之处在于：（1）无源滤波器由电容电抗和电阻组成，而有源滤波器则由集成运放、电阻、电感等集合而成。（2）从其滤波特性来看有源和无源在一定程度延拓了通频的范围。

附录一：

无源低通滤波器 有源低通滤波器 无源低通滤波器 有源低通滤波器 无源低通滤波器 有源低通滤波器 无源低通滤波器 有源低通滤波器

附录二：

其幅频特性如下所示：

无源低通

无源高通

无源带通

无源带阻

有源低通

有源高通

有源带通

有源带阻