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1、滤滤 波波 器器 设设 计计 实实 验验设计：申设计：申 燕燕一一、实验目的实验目的1.1.学习无源和有源滤波器的设计与调试方法。学习无源和有源滤波器的设计与调试方法。2.2.理解滤波电路的频率特性。理解滤波电路的频率特性。3.3.掌握应用掌握应用 Multisim 进行无源及有源滤波进行无源及有源滤波 电路的频率特性分析。电路的频率特性分析。二二、实验原理实验原理 从输入信号中提取有用信号而抑制其他无用信号或噪声的过程称为滤波。从输入信号中提取有用信号而抑制其他无用信号或噪声的过程称为滤波。实现滤波功能的系统称为滤波器。根据电路是否含有有源器件，滤波器分无实现滤波功能的系统称为滤波器。根据电
2、路是否含有有源器件，滤波器分无源和有源两种，前者用电阻、电容、电感三种元件实现，有源源和有源两种，前者用电阻、电容、电感三种元件实现，有源RC滤波器是用滤波器是用运算放大器、电容和电阻实现的滤波器。运算放大器、电容和电阻实现的滤波器。 滤波器还可分为低通、高通、带通、带阻等类型。其幅频特性如下：滤波器还可分为低通、高通、带通、带阻等类型。其幅频特性如下： 低通滤波器：保留恒定分量和低于低通滤波器：保留恒定分量和低于截止频率的谐波分量，抑制高于截止截止频率的谐波分量，抑制高于截止频率的谐波分量。频率的谐波分量。 高通滤波器：保留恒定分量和高于高通滤波器：保留恒定分量和高于截止频率的谐波分量，抑制
3、低于截止截止频率的谐波分量，抑制低于截止频率的谐波分量。频率的谐波分量。 带通滤波器：保留两个截止频率带通滤波器：保留两个截止频率fL 和和fH 之间的各谐波分量之间的各谐波分量 带阻滤波器：消去两个截止频率带阻滤波器：消去两个截止频率fL 和和fH 之间的各谐波分量之间的各谐波分量 在频率响应曲线上，从中心频率增益下降在频率响应曲线上，从中心频率增益下降“3dB”之处所对应的频率分别之处所对应的频率分别为低端截止频率为低端截止频率 fL 和高端截止频率和高端截止频率 fH 。带宽为：。带宽为： f= fH- fL( (c c) ) 带通带通 （d d）带阻）带阻( (c c) ) 低通低通
4、（d d）高通）高通三三、实验任务实验任务1.1.仿真实验例题（图仿真实验例题（图3.3）双）双T T型网络，验证实验结果，型网络，验证实验结果， 判断其滤波性质，确定截止频率和阻带宽度。判断其滤波性质，确定截止频率和阻带宽度。2.2.测试含运算放大器的双口网络（图测试含运算放大器的双口网络（图3.5）的幅频特性，）的幅频特性， 判断其滤波性质，确定其截止频率和通带宽度。判断其滤波性质，确定其截止频率和通带宽度。3.3.测试双口网络（图测试双口网络（图3.6）转移电压比的幅频特性，根据）转移电压比的幅频特性，根据 测试结果判断电路的性质（指对不同频率信号的选择能力）测试结果判断电路的性质（指对
5、不同频率信号的选择能力） 确定截止频率和通带宽确定截止频率和通带宽。4.4.测试测试RLC串联电路的幅频特性，确定其通频带宽度串联电路的幅频特性，确定其通频带宽度 f。若。若 f40KHz, ,调整其参数，使其通带宽度满足设计要求。调整其参数，使其通带宽度满足设计要求。1 1、RCRC低通滤波电路低通滤波电路1U2URCf0频率频率/Hz/Hz幅幅度度000.10.20.30.40.50.60.70.80.91A0 简单的简单的 RC 滤波电路如图所示。当输滤波电路如图所示。当输入入为为 ，输出为，输出为 时，构成的是低通滤波电时，构成的是低通滤波电路。路。因为因为所以所以1U jHRCjUU
6、jH1112RCjUCjCjRUU111112211RCjH低低通通电电路路的的幅幅频频特特性性jH02URC102112uu当截止角频率当截止角频率时时低通电路简单的RC滤波电路如图所示。当输入为，输出为 时，构成的是低通滤波电路。因为所以 当信号频率越高时电感元件的感抗当信号频率越高时电感元件的感抗XL越大，越大，XL =2 fL，对信号的阻碍作用就越对信号的阻碍作用就越大。但对低频信号来说，大。但对低频信号来说，电感元件的感抗电感元件的感抗 XL 较小，所以对信号的阻碍作用就很小，较小，所以对信号的阻碍作用就很小， 低频信号就能顺利通过低频信号就能顺利通过 2111UHjHjUj RC
7、112111UUUj Cj RCRj C211HjRC 当信号频率越高时，电容元件的容抗当信号频率越高时，电容元件的容抗XC越小，越小，XC =1/2 fC，对信号的阻碍作用就对信号的阻碍作用就越小，越小，高频信号就能顺利通过。高频信号就能顺利通过。而对低频而对低频信号来说，信号来说，则因容抗则因容抗 XC 很大，所以不能很大，所以不能通过电容器。通过电容器。2/0Af0频率频率/Hz/Hz幅幅度度000.10.20.30.40.50.60.70.80.91A0电容串接于信号电路中构成最简单的高通滤波器电容串接于信号电路中构成最简单的高通滤波器频率频率/Hz幅幅度度/V000.10.20.30
8、.40.50.60.70.80.911U2URC11211URCjRCjRCjRUU jHRCjRCjUUjH112频率频率/Hz幅幅度度/V000.10.20.30.40.50.60.70.80.912/0Af0A0滤波器滤波器 1 1 双双 T 网络网络( (图图3.3) )频率频率/Hz幅幅度度000.10.20.30.40.50.60.70.80.91A0频率频率/Hz幅幅度度000.10.20.30.40.50.60.70.80.91A02/0f0f1滤波器滤波器 RLC串联电路串联电路频率频率/Hz幅幅度度000.10.20.30.40.50.60.70.80.91A0图图3.4频率频率/Hz幅幅度度000.10.20.30.40.50.60.70.80.91A02/0Af0f1滤波器滤波器2 双口网络（图双口网络（图3.5）滤波器滤波器3 双口网络双口网络( (图图3.6) )