1、實驗九 集成運算放大器的根本應用(H)有源濾波器一、實驗目的1、熟悉用運放、電阻和電容組成有源低通濾波、高通濾波和帶通、帶 阻濾波器。2、學會測量有源濾波器的幅頻特性。、實驗原理(a)低通(c)帶通(d)帶阻圖9- 1四種濾波電路的幅頻特性示意圖由RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為 RC有源濾波器，其功能是讓一 定頻率范圍內的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號。可用在信 息處理、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運算放大器頻帶限制，這類濾波 器主要用于低頻范圍。根據(jù)對頻率范圍的選擇不同，可分為低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)與帶阻(BEF)等四種濾波器，它們的幅頻特性如

2、圖9- 1所示。具有理想幅頻特性的濾波器是很難實現(xiàn)的，只能用實際的幅頻特性去逼近 理想的。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾 波器的階數(shù)越高，幅頻特性衰減的速率越快，但 RC網絡的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù) 計算越繁瑣，電路調試越困難。任何高階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級聯(lián)實現(xiàn)。1、低通濾波器(LPF)低通濾波器是用來通過低頻信號衰減或抑制高頻信號。如圖9-2 (a)所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級 RC濾波環(huán) 節(jié)與同相比例運算電路組成，其中第一級電容C接至輸出端，弓I入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖9-2 (b)為二階低通濾波器幅頻特性曲線。電路圖(b

3、)頻率特性圖9 2二階低通濾波器電路性能參數(shù)階低通濾波器的通帶增益12tRC截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率13 Aup品質因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。2 、高通濾波器HPF與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。只要將圖9 2低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成 二階有源高通濾波器，如圖9 3a所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反， 其頻率響應和低通濾波器是“鏡象關系，仿照LPH分析方法，不難求得HPF的幅頻特性。URi 5.1K+ 12V9M R K1O0KR WTmHr- cO1Rr 5,1K|>o

4、o+幅頻特性f/fo電路圖b圖9 3二階高通濾波器電路性能參數(shù)AupfoQ各量的函義同二階低通濾波器。圖9 3b為二階高通濾波器的幅頻特性曲線，可見，它與二階低通濾波器的幅頻特性曲線有“鏡像關系3、帶通濾波器(BPF(a)電路圖(b)幅頻特性圖9-4二階帶通濾波器這種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內的信號通過，而比通頻 帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如 圖9-4 (a)所示。電路性能參數(shù)通帶增益A - R4 Rfupr4rcb中心頻率f。= 11 2 11 2n R2C2 R1R3通帶寬度b"2

5、_ Rf Cr1 r2 r3r/選擇性Q二 B此電路的優(yōu)點是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。4 、帶阻濾波器(BEF如圖9-5 (a)所示，這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻 帶內，信號不能通過(或受到很大衰減或抑制)，而在其余頻率范圍，信號那么能順利通過在雙T網絡后加一級同相比例運算電路就構成了根本的二階有源BEF200K201g(dB)UII7K2C<1-1>0Q+-20-12Vf/fo-4010+ 12V9ReL60K 電路圖b頻率特性R 2圖9-5二階帶阻濾波器電路性能參數(shù)通帶增益21 R：中心頻率f _1°2tRC帶阻寬度B= 2 (

6、2- Ap) f選擇性Q-2(2 -仏)二、頭驗設備與器件1、 ± 12V直流電源4、交流毫伏表2 、函數(shù)信號發(fā)生器5、頻率計3 、雙蹤示波器6、卩 A741X 1電阻器、電容器假設干四、實驗內容1、二階低通濾波器實驗電路如圖9-2(a)(1) 粗測：接通土 12V電源。Ui接函數(shù)信號發(fā)生器，令其輸出為 U = 1V 的正弦波信號，在濾波器截止頻率附近改變輸入信號頻率，用示波器或交流毫伏表觀察輸出電壓幅度的變化是否具備低通特性，如不具備，應排除電路故障。(2) 在輸出波形不失真的條件下，選取適當幅度的正弦輸入信號，在維 持輸入信號幅度不變的情況下，逐點改變輸入信號頻率。測量輸出電壓，

7、記入 表9-1中，描繪頻率特性曲線。表9- 1f(Hz)UO(v)2、二階高通濾波器實驗電路如圖9-3(a)(1) 粗測：輸入U = 1V正弦波信號，在濾波器截止頻率附近改變輸入信 號頻率，觀察電路是否具備高通特性。(2) 測繪高通濾波器的幅頻特性曲線，記入表 9-2。表9-2f(Hz)UO(v)3 、帶通濾波器實驗電路如圖9-4(a)，測量其頻率特性。記入表 9-3。(1)實測電路的中心頻率fo 以實測中心頻率為中心，測繪電路的幅頻特性表9-3f(Hz)U(v)4 、帶阻濾波器實驗電路如圖9-5(a)所示。(1)實測電路的中心頻率fo測繪電路的幅頻特性，記入表9-4表9-4f(Hz)出v)五、實驗總結1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各電路實測的幅頻特性。2、根據(jù)實驗曲線，計算截止頻率、中心頻率，帶寬及品質因數(shù)。3、總結有源濾波