分别选择三个不同中心频率的带通滤波器： 在示波器上同时观察输入与输出的变化； 对输出信号作fft分析；
5.0V
带通——1KHz
0V
输出波形和fft
-5.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U1:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
潇湘整理
记录原始波形分别通过三个带通滤波器后，波形和谐 波成分的变化； 记录三个带通滤波器的输出波形通过反相加法器后的 波形和谐波成分的变化； 记录中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性曲线； 总结带通滤波器对通过的信号的影响，原信号波形和 谐波成分的变化； 根据实验结果，总结你对有源滤波器电路工作特性的 认识。
+ vo −
v3 )
方波信号的傅里叶级数分解
f(t) Em f(t)
t
t
4U ⎛ 1 1 f (t ) = ⎜ sin ω1t + sin 3ω1t + sin 5ω1t + 3 5 π ⎝
⎞ ⎟ ⎠
实验任务 1
R1
C
C
R3
输入信号：
vS
− +
R2
+ vo −
Um=1V，f=1KHz的 方波电压；
黄色为输出端。 绿色为地， 和 信 号源、电源 都是共地的
±15V电源 红色接+15V；绿色接地；黄色接 −15V 接入前用万用表检查电源输出，如果没有输出，检查 保险丝。
滤波器的输 出端
反相加法器的输 入电阻 反相加法器的反 馈电阻
可调电阻，可用 作反相加法器的 反馈电阻
反相加法器
实验报告要求
有源带通
掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的 选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路 的认识和理解。 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路，了解元件 参数对滤波效果的影响。 根据给定的带通滤波器结构和元件，分析三种不 同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波 效果，分析电路的频率特性。 实现给定方波波形的分解和合成。
V(U2:OUT)
1.0KHz V(U3:OUT) Frequency
10KHz
100KHz
用示波器进行读数； 数据点不少于15个； 合理安排数据点，中心频率点必须测到； 幅频特性图：横轴为频率，纵轴为输出电压与 输入电压的比值；
实验设备
1、信号源 2、动态实验单元——滤波器组件 3、数字示波器
当激励源频率变化时，响应 随激励频率变化而变化，这一 变化关系称为电路的频率特 性。 传递函数的模随频率的变化 关系称为幅频特性，幅角随频 率的变化关系称为相频特性。
中心频率：ω0 通频带B：二个半功率点的频率范围宽度，即当外加电 压幅度相等，以谐振频率时在谐振电路上获得的功率 为基准，当电压频率偏离（增加或减小）ω0，外加信 号电压在谐振电路中产生的功率减小到一半时的上下 二个频率值之差。
H (s) =
K p Bs s + Bs + ω
2 2 0
带通滤波器的增益Kp定义为传递函数在中心频率处的 幅值增益。 三个带通滤波器设计为：Kp=4，Q=5，中心频率分别 为：1kHz，3kHz，5kHz。
反相加法器
v1 v2 v3
R1 R2 R3
Rf
− +
输出为：
vo = −( Rf R1 v1 + Rf R2 v2 + Rf R3
16.5ms
17.0ms
1.5V
仿真曲线：
1.0V
带通输出的合成
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
5KHz V(U4:OUT) Frequency
10KHz
13KHz
实验任务 3
输入信号：Um=1V的正弦波电压； 绘制中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性图
4.0V
2.0V
0V 100Hz V(U1:OUT)
10KHz
13KHz
2.0V
带通——5KHz
0V
输出波形和fft
-2.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U3:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
5KHz V(U4:OUT) Frequency
10KHz
实验原理
滤波器是一种二端口网络，它的作用是允许某频率范 围的信号通过，滤掉或抑制其他频率的信号。 无源滤波器通常由RLC元件组成， 有源滤波器由电 阻、电容和运算放大器组成。
相比无源滤波器，有源滤波器有如下优点： 不需要电感，体积小，可以集成化； 能提供增益； 可以和电压跟随器结合使用，使得滤波器每级与 电源和负载阻抗的影响隔离开，这种隔离允许独立 设计滤波器各级，然后级联起来实现所要求的传递 函数。
信号源输入 红色接信号输出端 （红表棒） 绿色接地（黑表棒）
LF356运放 方向指示朝上 引脚3已经接地
±15V电源 红色接+15V 绿色接地 黄色接−15V
可调电阻 0~10kΩ
二档电源开关 往上为通， 往下为断， 有些开关是三档 的，中间为空档； 当开关通时，开关 下 方 的 LED 会 发 亮。
13KHz
实验任务 2
输入信号：Um=1V，f=1KHz的方波电压； 将三个带通滤波器的输出连接到反相加法器的输入端 ： 在示波器上同时观察输入与输出的变化； 对输出信号作fft分析；
2.0V
0V
-2.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U4:OUT) Time
BW = ω2 − ω1 =
ω0
Q
,
Байду номын сангаас
f0 Δf = Q
品质因数Q值越大曲线越尖锐，电路对频率以外信号 的抑制作用越大，这意味着谐振电路的选择性越 好。反之，Q值越小曲线越平坦，电路选择性较 差。
运算放大器是目前获得广泛应用的一种多端器件， 是最重要的电子器件单元之一。 运算放大器是一种电压增益（或称放大倍数）很 高的放大器件，它具有高输入阻抗和低输出阻抗的特 点。
5KHz V(Rf:2) Frequency
10KHz
13KHz
4.0V
带通——3KHz
0V
输出波形和fft
-4.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U2:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
5KHz V(U4:OUT) Frequency
典型运放：(a) 管脚/引脚图, (b) 电路符号 1. pin 2，反相输入 2. pin 3，同相输入 3. pin 6，输出 4. 供电电源正极性 , pin 7. 5. 供电电源负极性 , pin 4.
运放必须由电源供电才能正常工作。
带通滤波器
R1
C
C
R3
传递函数为：
vS
− +
R2
+ vo −