实验四无源和有源滤波器
实验性质：验证性实验级别：必做
开课单位：信息与通信工程学院学时：2
一、实验目的
1、了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性
2、分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性
二、仪器设备
1、信号与系统实验箱
2、双踪示波器。

三、原理说明
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（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以由RLC 元件或RC元件构成的无源滤波器，也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。

2、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。

把能够通过的信号频率范围定义为通带，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为阻带。

而通带与阻带的分界点的频率ωc称为截止频率或称转折频率。

图4-1中的|H(jω)|为通带的电压放大倍数，ω0为中心频率，ωcL和ωcH分别为低端和高端截止频率。

图4-1 各种滤波器的理想频幅特性
四种滤波器的实验线路如图4-2所示：
(a)无源低通滤波器 (b)有源低通滤波器(c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器(e)无源带通滤波器 (f)有源带通滤波器
(g)无源带阻滤波器 (h)有源带阻滤波器
图4-2 各种滤波器的实验线路图
3、图4－3所示，滤波器的频率特性H （jω）（又称为传递函数），它用下式表示
2
1
()()()u H j A u ωωθω=
=∠ （4－1） 式中A （ω）为滤波器的幅频特性，θ(ω)为滤波器的相频特性。

它们都可以通过实验的方法来测量。

＋
－ 图4-3 滤波器 四、预习要求
1、 为使实验能顺利进行，做到心中有数，课前对教材的相关内容和实验原理、目的与要求、步骤和方法要作充分的预习（并预期实验的结果）。

2、 推导各类无源和有源滤波器的频率特性，并据此分别画出滤波器的幅频特性曲线
3、在方波激励下，预测各类滤波器的响应情况。

五、 实验内容及步骤
1、滤波器的输入端接正弦信号发生器或扫频电源，滤波器的输出端接示波器或交流数字毫伏表，
2、测试无源和有源低通滤波器的幅频特性。

（1）测试RC 无源低通滤波器的幅频特性。

用图4-2-1（a ）所示的电路，测试RC 无源低通滤波器的特性。

实验时，必须在保持正弦波信号输入电压（U 1）幅值不变的情况下，逐渐改变其频率，用实验箱提供的数字式真有效值交流电压表（10Hz<f ＜1MHz ＝，测量RC 滤波器输出端电压U 2的幅值，并把所测的数据记录表一。

注意每当改变信号源频率时，都必须观测一下输入信号1U 使之保持不变。

实验时应接入双踪示波器，分别观测输入1U 和输出2U 的波形（注意：在整个实验过程中应保持
1U 恒定不变）。

1
.
U
2
.
U
表一：
无源低通滤波器实验数据
（2）测试RC有源低通滤器的幅频特性
实验电路如图4-2-1（b）所示。

取R＝1K、C＝0.01uF、放大系数K＝1。

测试方法用（1）中相同的方法进行实验操作，并将实验数据记入表二中。

表二：
有源低通滤波器实验数据
3、分别测试无源、有源HPF、BPF、BEF的幅频特性。

实验步骤、数据记录表格及实验内容，自行拟定。

（根据实验测量所得的数据，绘制各类滤波器的幅频特性。

对于同类型的无源和有源滤波器幅频特性，要求绘制在同一坐标纸上。

以便比较，计算出各自特征频率、截止频率和通频带。

）
4、研究各滤波器对方波信号或其它非正弦信号输入的响应（选做，实验步骤自拟）。

六、思考题
1、试比较有源滤波器和无源滤波器各自的优缺点。

2、各类滤波器参数的改变，对滤波器特性有何影响。

七、注意事项
1、在实验测量过程中，必须始终保持正弦波信号源的输出（即滤波器的输入）电压U1幅值不变，且输入信号幅度不宜过大。

2、在进行有源滤波器实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。

实验完成时间：年月日。