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《实用实验五带通滤波器有源无源技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、实验五带通滤波器(有源､无源)一､实验目的1､熟悉带通滤波器构成及其特性｡2､学会测量带通滤波器幅频特性的方法｡二､实验原理说明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｡这里主要是讨论模拟滤波器｡以往这种滤波电路主要采用无源元件R､L和C组成,60年代以来,集成运放获得了迅速发展,由它和R､C组成的有源滤波电路,具有不用电感､体积小､重量轻等优点｡此外,由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出阻抗又低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用｡但是,集成运放的带宽有限,所以目
2、前有源滤波电路的工作频率难以做得很高,这是它的不足之处｡2.1基本概念及初步定义滤波电路的一般结构如2—1所示｡图中的Vi(t)表示输入信号,V0(t)为输出信号｡假设滤波器是一个线形时不变网络,则在复频域内其传递函数(系统函数)为A(s)=滤波电路Vi(t)V0(t)图2-1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A(jω)=│A(jω)│ejφ(ω)(2-1)这里│A(jω)│为传递函数的模,φ(ω)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τ(ω)=-(2-2)通常用幅频响应来表征一个滤
3、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｡2.2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(│A(jω)│=0)｡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:11低通滤波电路其幅频响应如图3-2a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
4、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｡高通滤波电路其幅频响应如图3-2b所示,由图可以看到,在0<ω<ωL范围内的频率为阻带,高于ωL的频率为通带｡从理论上来说,它的带宽BW=∞,但实际上,由于受有源器件带宽的限制,高通滤波电路的带宽也是有限的｡带通滤波电路其幅频响应如图3-2c所示,图中ωL为低边截止角频率,ωH高边截止角频率,ω0为中心角频率｡由图可知,它有两个阻带:0<ω<ωL和ω>ωH,因此带宽BW=ωH-ωL｡带阻滤波电路其幅频响应如图3-2d所示,由图可知,它有两个通带:在0<ω<ωH和ω>ωL,和一个阻带:ωH
5、<ω<ωL｡因此它的功能是衰减ωL到ωH间的信号｡同高通滤波电路相似,由于受有源器件带宽的限制,通带ω>ωL也是有限的｡带阻滤波电路抑制频带中点所在角频率ω0也叫中心角频率｡图2-2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)2.3带通滤波电路(HPF)由图2-3b所示带通滤波电路的幅频响应与高通､低通滤波电路的幅频响应进行比较,不难发现低通与高通滤波电路相串联如图2-3所示,可以构成带通滤波电路,条件是低通滤波电路的截止角频率ωH11大于高通滤波电路的截止角频率ωn,两者覆盖的通带就
6、提供了一个带通响应｡图2-3带通滤波电路构成示意图图2-4所示为二阶压控电压源带通滤波电路｡图中R､C组成低通网络,C1､R3组成高通网络,两者串联就组成了带通滤波电路｡为了计算简便,设R2=R,R3=2R,则由KCL列出方程,可导出带通滤波电路的传递函数为(2-3)式中AVF=1+Rf/R1为同相比例放大电路的电压增益,同样要求AVF<3,电路才能稳定地工作｡令(2-4)则有11(2-5)式(2-5)为二阶带通滤波电路传递函数的典型表达式,其中ω0=1/(RC),即是特征角频率,也是带通滤波电路的中心角频率｡图2-4二阶压控电压源带通滤波电路图2-5图2-4所示电路的幅频
7、响应令s=jω代入式(2-5),则有(2-6)式(2-6)表明,当ω=ω0时,图2-4所示电路具有最大电压增益,且∣A(jω0)∣=AO=AVF/(3-AVF),这就是带通滤波电路的通带电压增益｡根据式11(2-6),不难求出其幅频响应,如图2-5所示,Q值越高,通带越窄｡当式(2-6)分母虚部的绝对值为1时,有∣A(jω)∣=AO/;因此,利用------------取正根,可求出带通滤波电路的两个截止角频率,从而导出带通滤波电路的通带宽度BW=O/(2Q)=FO/QO｡三､实验内容与步骤实验电路布局如图2-6｡
