实验五 一、实验原理(实验指导书P16)
无源与有源滤波器
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（通常是某个频率范围）的信号通过，而其 它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC组件或RC组件构成的无源滤波器，也可由RC组件和有源器件构成的 有源滤波器。 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。图5-1分别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。图5-1 四种滤波器的幅频特性。 2．四种滤波器的传递函数和实验模拟电路如图5-2所示：
无源带阻（8.8v)
7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 无源带阻（8.8v)
有源带阻（u=8.8v
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 有源带阻（u=8.8v
频率 无源低通 有源低通 无源高通 有源高通 无源带通 有源带通 有源带阻 无源带阻 f(KHZ) （u=8.8v） （u=8.8v) （u=8.8v） （u=8.8v) （u=8.8v） （u=8.8v) （u=8.8v （8.8v) 0.1 8.2 8.2 0.07 o.1 0.496 8.2 6.4 0.2 8.2 8.2 0.14 0.142 0.7 2 8.2 6 0.3 7.36 8.2 0.28 0.2 1.2 2.8 7.6 5.6 0.4 6.88 7.8 0.45 0.36 1.68 3.44 7 5.04 0.5 6.32 7.6 0.63 0.56 1.92 3.92 6.56 4.24 0.6 5.76 7.28 0.85 0.8 2.16 4.48 5.91 3.64 0.7 5.28 6.92 1.04 1.12 2.3 4.72 5.32 3.13 0.8 4.88 6.64 1.25 1.36 2.48 5.04 4.72 2.64 0.9 4.48 6.3 1.4 1.48 2.52 5.12 3.6 2.2 1 3.98 6 1.64 1.68 2.56 5.2 2.7 1.8 1.3 3.6 5.08 2.2 2.43 2.68 5.32 1.76 0.84 1.5 2.96 4.52 2.64 3.36 2.72 5.4 0.8 0.48 2 2.16 3.28 3.44 5.04 2.68 5.44 1.76 0.8 2.5 1.6 2.56 4.15 5.84 2.56 5.2 3.1 1.64 3 1.12 1.92 4.72 6.48 2.48 4.8 4.48 2.32 4 0.98 1.28 5.68 7.44 2.24 4.4 6 3.32 5 0.8 0.88 6.32 7.8 1.96 3.9 6.62 4.16 7 0.48 0.56 7.04 1.6 3.4 7.21 5.04 9 0.48 7.44 1.24 2.96 7.76 5.76 20 8.2 0.64 8 6.56
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 无源低通（u=8.8v） #REF! 无源高通（u=8.8v） 2 4 6 8 无源低通（u=8.8v） 有源低通（u=8.8v)
无源低通（u=8.8v）
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 无源低通（u=8.8v）
二、实验内容
1．测试无源和有源LPF(低通滤波器)的幅频特性； 2．测试无源和有源HPF(高通滤波器)的幅频特性； 3．测试无源和有源BPF(带通滤波器)的幅频特性； 4．测试无源和有源BEF(带阻滤波器)的幅频特性。
三、实验步骤
1．将基本实验模块电路板5接通电源，用示波器从总体上先观察各类滤波器的滤波特性。 2．实验时，在保持滤波器输入正弦波信号幅值（Ui）不变的情况下（取输入正弦波的最大值为1V），逐渐改变其频率，用 示波器（f＜15KHz），测量滤波器输出端的电压U0。当改变信号源频率时，都应观测一下Ui是否保持稳定，数据如有改变应及 时调整。 3．按照以上步骤，分别测试无源、有源LPF、HPF、BPF、BEF 的幅频特性。 注意：对于滤波器的输入信号幅度不宜过大，对有源滤波器实验一般不要超过5V。 4．根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线。并计算出特征频率、截止频率和通频带。比较分析各类无源 和有源滤器的滤波特性。
五、实验思考题
1．示波器所测滤波器的实际幅频特性与计算出的理想幅频特性有何区别？ 答：实际幅频特性是曲线，并不像理想幅频特性那样在某些频率点处会出现很急的拐点。但是实际幅频特性很接近理想幅 频特性。 2．如果要实现LPF、HPF、BPF、BEF源滤器之间的转换，应如何连接？ 答：用LPF、HPF滤波器组合连接可转换成BPF、BEF源滤器。 LPF和HPF串联可组成BPF滤波器，条件应满足������0������ > ������0������ 且应把LPF放在前面以减少高频信号的影响。 LPF和HPF并联可组成BEF滤波器，条件应满足������0������ < ������0������
有源高通（u=8.8v) o.1
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 有源高通（u=8.8v) o.1
无源带通（u=8.8v）
3 2.5 2 1.5 无源带通（u=8.8v） 1 0.5 0 0 5 10 15 26 5 4 3 有源带通（u=8.8v) 2 1 0 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 有源带通（u=8.8v) 有源低通（u=8.8v) 2 4 6 8
3.44 3.92 4.48 4.72 5.04 5.12 5.2 5.32 5.4 5.44 5.2 4.8 4.4 3.9 3.4 2.96
7 6.56 5.91 5.32 4.72 3.6 2.7 1.76 0.8 1.76 3.1 4.48 6 6.62 7.21 7.76 8
5.04 4.24 3.64 3.13 2.64 2.2 1.8 0.84 0.48 0.8 1.64 2.32 3.32 4.16 5.04 5.76 6.56
四、实验结果
1．实验记录表格
频率 无源低通 有源低通 无源高通 有源高通 无源带通 有源带通 有源带阻 无源带阻 f(KHZ) （u=8.8v） （u=8.8v) （u=8.8v） （u=8.8v) （u=8.8v） （u=8.8v) （u=8.8v （8.8v) 0.1 8.2 8.2 0.07 o.1 0.496 8.2 6.4 0.2 8.2 8.2 0.14 0.142 0.7 2 8.2 6 0.3 7.36 8.2 0.28 0.2 1.2 2.8 7.6 5.6
0.45 0.63 0.85 1.04 1.25 1.4 1.64 2.2 2.64 3.44 4.15 4.72 5.68 6.32 7.04 7.44 8.2
0.36 0.56 0.8 1.12 1.36 1.48 1.68 2.43 3.36 5.04 5.84 6.48 7.44 7.8
1.68 1.92 2.16 2.3 2.48 2.52 2.56 2.68 2.72 2.68 2.56 2.48 2.24 1.96 1.6 1.24 0.64
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 7 9 20
6.88 6.32 5.76 5.28 4.88 4.48 3.98 3.6 2.96 2.16 1.6 1.12 0.98 0.8 0.48 0.48
7.8 7.6 7.28 6.92 6.64 6.3 6 5.08 4.52 3.28 2.56 1.92 1.28 0.88 0.56