实验报告
课程名称：电路与电子技术实验Ⅱ 指导老师：张德华 成绩：__________________ 实验名称：有源滤波器 实验类型：模拟电路实验 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.了解有源滤波器的工作原理、特点；
2.掌握有源滤波器典型电路的设计、分析与实现；
3.学习有源滤波器典型电路的频率特性测量方法、电路调试与参数测试，了解其滤波性能；
4.通过仿真方法进一步研究有源滤波电路，了解不同的有源滤波器结构、参数等对滤波性能的影响。
二、实验内容和原理 实验内容： 1.原理分析； 2.频率特性； 3.滤波效果。
实验原理： 0.滤波器
⑴定义：
让指定频段的信号通过，而将其余频段上的信号加以抑制，或使其急剧衰减。
（选频电路）
⑵分类：
a)按照器件类型分类：
无源滤波器：由电阻、电容和电感等无源元件组成； 有源滤波器：采用集成运放和RC 网络为主体； b)按照频段分类：
低通滤波器（LPF ）、高通滤波器（HPF ）、带通滤波器（BPF ）、带阻滤波器（BEF ）；
通带：能够通过（或在一定范围内衰减）的信号频率范围； 阻带：被抑制（或急剧衰减）的信号频率范围； 过渡带越窄，说明滤波电路的选频特性越好。
专业：自动化（电气） 姓名：冷嘉昱
学号：3140100926 日期：2016.5.25 地点：东三211桌号F-2
装
订
线
⑷关键指标：
传递函数（频率响应特性函数）A v ：反映滤波器增益随频率的变化关系； 固有频率（谐振频率）f c 、ωc ：电路无损耗时的频率参数，其值由电路器件决定； 通带增益：A 0（针对LPF ）、A ∞（针对HPF ）、A r （针对BPF ）； 截止频率（-3dB 频率）f p 、ωp ：增益下降到通带增益时所对应的频率；
品质因数Q ：反映滤波器频率特性的一项重要指标，不同类型滤波器的定义不同（低通、高通滤波器中，定义为当f = fc 时增益模与通带增益模之比）。
1.一阶低通有源滤波器
⑴电路原理图：
⑵关键指标：
⑶幅频特性图：
2.二阶低通有源滤波器
⑴电路原理图：
⑵关键指标：
装
订
线
⑶幅频特性图：
3.二阶单一正反馈型低通有源滤波器：
⑴电路原理图：
⑵关键指标：
⑶幅频特性图：
装
订
线
三、主要仪器设备
1.ACL-ZD-II 型模拟电子技术实验箱；
2.TDS1002C-EDU 型数字示波器；
3.LM358集成运放；
4.DG1022U 信号发生器；
5.万用表。
四、操作方法和实验步骤 1.一阶低通有源滤波器
取R =2.4kΩ，C =0.1μF ，按照原理图连接电路，输入V pp =3.00V （实测为3.08V ）正弦信号，逐渐改变频率，测量各点幅值与相位值；输入混频信号（由加法器电路实现），观察滤波效果。
2.二阶低通有源滤波器
取R =1kΩ，C =0.1μF ，R f =20kΩ，R a =10kΩ，按照原理图连接电路，输入V pp =3.00V （实测为3.08V ）正弦信号，逐渐改变频率，测量各点幅值与相位值；输入混频信号（由加法器电路实现），观察滤波效果。
3.二阶单一正反馈型低通有源滤波器：
取R =1kΩ，C =0.1μF ，R f =20kΩ，R a =10kΩ，按照原理图连接电路，输入V pp =2.00V （实测为2.04V ）正弦信号，逐渐改变频率，测量各点幅值与相位值；输入混频信号（由加法器电路实现），观察滤波效果。
五、实验数据记录和处理 1.一阶低通有源滤波器
f /kHz 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 1 2 3 5 10 20 V pp/V 3.04 2.92 2.44 2.24 2.08 1.68 0.96 0.65 0.4 0.21 0.1 Δφ/º
-9.36
-16.6
-37.4
-41.2
-47.1
-56.9
-66.8
-76.7
-82.3
-86.1
-86.9
幅频特性
装
订
线
相频特性
装
订
线
滤波效果PSpice仿真：
截止频率661.006Hz
选做：一阶高通有源滤波器
f/kHz 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 1 2 3 5 10 20 V pp/V 0.47 0.90 1.88 2.08 2.24 2.52 2.84 2.92 3.08 3.08 3.08 Δφ/º80.7 73.4 49.8 48.3 44.9 34.1 16.1 9.9 5.75 3.25 0
装
订
线
幅频特性
相频特性
PSpice 仿真：
截止频率663.618Hz
2.二阶低通有源滤波器
f /kHz 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 1 2 3 5 10 20 V pp /V 9 8.6 6.8 6.16 5.68 4.4 2.28 1.4 0.7 0.26 0.07 Δφ/º
-7.21
-21.9
-46.8
-54.3
-59.5
-72.0
-100
-112
-133
-152
-166
幅频特性
装
订
线
相频特性
装
订
线
滤波效果
PSpice仿真：
截止频率610.884Hz
选做：二阶高通有源滤波器
f/kHz 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 1 2 3 5 8 10 V pp/V 0.046 0.14 0.7 0.92 1.18 1.84 3.68 4.9 6.32 7.44 8 Δφ/º168 157 131 126 119 107 81.4 63.1 43.9 31.1 24.5
装
订
线
幅频特性
相频特性
滤波效果
PSpice仿真：
装
订
线
截止频率5.78kHz
3.二阶单一正反馈型低通有源滤波器
f/kHz 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 1 2 3 4 5 6 V pp/V 6.72 6.2 4.6 3.79 2.31 1.88 1.03 0.87 0.68 0.57 0.42 Δφ/º 2.87 -1.44 0.72 0.863 -3.01 -1.44 8 2 2 10 -4
幅频特性装
订
线
相频特性
滤波效果
PSpice 仿真：
截止频率314.98Hz
选做：二阶单一正反馈型高通有源滤波器
f /kHz 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 1 1.1 1.2 1.3 1.4 V pp /V 0.03 0.132 0.8 1.1 1.6 4.4 6.16 8.88 13.6 23.6 Δφ/º
176
171
174
178
177
173
174
171
169
152
幅频特性
装
订
线
相频特性
PSpice 仿真：
截止频率2.91kHz
六、实验结果与分析
一阶低通 0.663 0.661 0.379 0.679 二阶低通 1.59 0.610 0.304 0.6 二阶高通 1.59 5.78 18.67 3.9 二阶压控低通 1.59 0.314 0.360 0.45 二阶压控高通
1.59
2.91
1.054
1.32
七、讨论、心得
本次实验出现了很多令人不愉快的问题。
首先，实测截止频率与理论值相去甚远，而且仿真值竟然也与理论值相差很多；其次，作图时发现以增益为纵坐标的图像与以幅值为纵坐标的图像相差很大，利用图像测得的截止频率也相差很多；并且，在实验过程中观测滤波效果时，波形效果较差。
问题解决如下：
1.经询问老师了解到LM358芯片的正常工作频段在1kHz 以内，本实验选取的电阻值将截止频率设定在0.66kHz 左右，后面许多测量点是在运放不正常工作下进行的，导致误差较大。
但是由于实验时间限制，已经无法在合理的频段内重新测量数据，只好引以为戒；
2.经数学推导，幅值法所测截止频率与增益法所测截止频率之间相差一个值为20lg(V in )的线性差移，因此结果相差较大。
装
订
线。