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  • 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...

    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. 基本概念及初步定义

    滤波器的一般结构如图17-1所示。图中的V i (t )表示输入信号,V o (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

    ()

    ()()

    o i V s A s V s

    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(s =j ω)则有

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  • nbsp无线电电子学/电信技术二阶无源滤波器.doc6页本文档一共被下载:次,您可全文免费在线阅读后下载本文档。 下载提示1.本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予...

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    二阶无源滤波器.doc6页

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    二阶无源滤波器

    一、实验目的

    了解RC无源滤波器的种类、基本结构及其特性。

    学会列写无源滤波器网络函数的方法。

    学会测量无源滤波器幅频特性的方法。

    二、实验内容

    列写无源低通、高通、带通和带阻滤波器的网络函数。

    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

    信号与系统实验箱 一台

    信号系统实验平台

    二阶无源滤波器模块(DYT3000-61) 一块

    20MHz双踪示波器 一台

    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。

    基本概念及初步定义

    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

    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(s=jω)则有

    (式17-1)

    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τ(ω),它定义为

    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φ(ω)作线性变化,即时延响应τ(ω)为常数时,输出信号才可能避免失真。

    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ωH的低频信号,而对大于ωH的所有频率完全衰减,因此其带宽BW=ωH。

    高通滤波器

    高通滤波电路的幅频响应如图17-2(b)所示,由图可知,在0

    带通滤波器

    带通滤波电路的幅频响应如图17-2(c)所示,图中ωL为低边截止角频率,ωH为高边截止角频率,ω0为中心角频率。由图可知,它有两个阻带:0ωH,因此带宽BW=ωH-ωL。

    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0ωL,和一个阻带:ωH ωL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。

    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。

    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。

    扫频源法观察滤波器的幅频特性:

    将信号源单元 “波形选择”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。

    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

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  • 二阶低通滤波器的设计一、系统设计方案选择1、总方案设计方案框图2、子框图的作用RC网络的作用在电路中RC网络起着滤波的作用,滤掉不需要的信号,这样在对波形的选取上起着至关重要的作用,通常主要由电阻和电容组成...

    二阶低通滤波器的设计

    一、系统设计方案选择

    1、总方案设计

    方案框图

    2、子框图的作用

    RC网络的作用

    在电路中RC网络起着滤波的作用,滤掉不需要的信号,这样在对波形的选取上起着至关重要的作用,通常主要由电阻和电容组成。

    放大器的作用

    电路中运用了同相输入运放,其闭环增益RVF=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高,输出阻抗很低的特点,广泛用于前置放大级。

    反馈网络的作用

    将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端,称为反馈,其中电路称为反馈网络,反馈网络分为正、负反馈。

    3、方案选择

    1)滤波器的选择

    一阶滤波器电路最简单,但带外传输系数衰减慢,一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感,在这点上它不如压控电压源型二阶滤波器。

    2)级数的选择

    滤波器的级数主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。每一阶低通或高通电路可获得-6dB每倍频程(-20dB每十倍频程)的衰减,每二阶低通或高通电路可获得-12dB每倍频程(-40dB每十倍频程)的衰减。

    3)元器件的选择

    一般设计滤波器时都要给定截止频率fc(ωc)带内增益Av,以及品质因数Q(二阶低通或高通一般为0.707)。在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之数目,因此有许多个元件均可满足给定的要求,这就需要设计者自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手,因为电容标称值的分档较少,电容难配,而电阻易配,可根据工作频率范围按照表1.1.3初选电容值。

    二、系统组成及工作原理

    1、有源二阶压控滤波器

    基础电路如图1所示

    图1二阶有源低通滤波基础电路

    它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成,在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈,在不同的频段,反馈的极性不相同,当信号频率f>>f0时(f0为截止频率),电路的每级RC电路的相移趋于-90º,两级RC电路的移相到-180º,电路的输出电压与输入电压的相位相反,故此时通过电容c引到集成运放同相端的反馈是负反馈,反馈信号将起着削弱输入信号的作用,使电压放大倍数减小,所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减,只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高,输出阻抗低。

    2、无限增益多路反馈有源滤波器

    基本形式图

    在二阶压控电压源低通滤波电路中,由于输入信号加到集成运放的同相输入端,同时电容C1在电路参数不合适时会产生自激震荡。为了避免这一点,Aup取值应小于3.可以考虑将输入信号加到集成运放的反相输入端,采取和二阶压控电压源低通滤波电路相同的方式,引入多路反馈,构成反相输入的二阶低通滤波电路,这样既能提高滤波电路的性能,也能提高在f=f0附近的频率特性幅度。由于所示电路中的运放可看成理想运放,即可认为其增益无穷大,所以该电路叫做无限增益多路反馈低通滤波电路。

    三、单元电路设计、参数计算、器件选择

    1、二阶压控低通滤波器设计及参数计算

    所以根据上述推导公式可得:电路设计时应该使得

    ,根据市场能买到的器件,则可以取R4+R3+10k,然后由中心频率计算公试可以取C1=C2=0.1uF,可以得出电阻R1=596.58k,R4=1.06255k.可以用2k的电位器代替,基本达到设计要求了。

    仿真电路图如下所示:

    2、无限增益多路反馈有源滤波器的设计及参数计算

    根据上述推导公式可得:电路设计时应该使得C1=C2,根据市场能买到的器件,则可以取C1=C3=0.1uF,然后由中心频率计算公式,电压增益公式以及品质因素的公式计算参数,依据以上三个公式,取fO=2KHz,Q=0.707,Aup=2.令R1=R2可得:R1=R2=0.22519K,3R=0.45038K,而用R1,R2用2K的电位器调节,

    使得其等于0.22519K即可基本达到设计要求。其仿真电路图如下

    四、电路组装及调试

    1、压控电压源二阶低通滤波电路

    当输入的信号频率小于截止频率2000hz,其电路的增益为2.即其波形的峰峰值是两倍

    2、无限增益多路负反馈二阶低通滤波器

    其仿真电路图如上:

    当输入的频率是1000HZ,2000HZ,30000JHZ的交流电源是输出信号的波形图分别如下:

    输出与输入的倍数关系分别是2倍,1.4倍然后是截至了,趋于0.滤波器的滤波效果已经达到,截至频率是2000HZ。小于2000HZ时,输出波放大2倍。

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  • 低通无源滤波器仿真与分析一、滤波器定义所谓滤波器(filter),是一种用来消除干扰杂讯的器件,对输入或输出的信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,就是滤波器,其功能就是得到一个特定频率或...

    低通无源滤波器仿真与分析

    一、滤波器定义

    所谓滤波器(

    filter

    )

    ,是一种用来消除干扰杂讯的器件,对输入或输出的信

    号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,

    就是滤波器,

    功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。

    一般可实为一个可实现的线性

    时不变系统。

    二、滤波器的分类

    常用的滤波器按以下类型进行分类。

    1)

    按所处理的信号:

    按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。

    2)

    按所通过信号的频段

    按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。

    低通滤波器:

    它允许信号中的低频或直流分量通过,

    抑制高频分量或干扰和

    噪声。

    高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。

    带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、

    干扰和噪声。

    带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。

    3)

    按所采用的元器件

    按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。

    无源滤波器:

    仅由无源元件

    (R

    L

    C)

    组成的滤波器,它是利用电容和电

    感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。

    这类滤波器的优点是:

    电路比

    较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗,

    负载效应比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感

    L

    较大时滤波

    器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。

    有源滤波器:

    由无源元件

    (

    一般用

    R

    C)

    和有源器件

    (

    如集成运算放大器)

    成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,

    负载效应不明显,

    多级相联时相互影响很小,

    利用级联的简单方法很容易构成高

    阶滤波器,

    并且滤波器的体积小、

    重量轻、

    不需要磁屏蔽

    (

    由于不使用电感元件)

    缺点是:通带范围受有源器件

    (

    如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源

    供电,可靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。

    4)

    按照阶数来分

    通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。

    三、网络的频率响应

    在时域中,设输入为

    )

    (

    t

    x

    ,输出为

    )

    (

    t

    y

    ,滤波器的脉冲响应函数为

    )

    (

    t

    h

    。转换到

    频域,激励信号为

    )

    (

    j

    X

    ,经过一个线性网络得到的响应信号为

    )

    (

    j

    Y

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二阶无源低通滤波器