东南大学模电第八次实验有源滤波器要点
有源滤波器实验报告
有源滤波器实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过对有源滤波器的实验研究，掌握有源滤波器的基本原理、特性和设计方法，加深对电子电路理论的理解，提高实验操作能力。
二、实验仪器和设备。
1. 信号发生器。
2. 示波器。
3. 直流稳压电源。
4. 电阻、电容、运算放大器等元器件。
5. 电路实验箱。
三、实验原理。
有源滤波器是利用运算放大器的高输入阻抗和低输出阻抗的特性，结合电容和电阻等元件构成的一种滤波器。
根据不同的电路连接方式和元器件参数，可以实现对不同频率信号的滤波作用。
四、实验内容。
1. 搭建低通有源滤波器电路。
2. 搭建高通有源滤波器电路。
3. 测量并记录滤波器的幅频特性曲线。
4. 测量并记录滤波器的相频特性曲线。
五、实验步骤。
1. 按照电路图搭建低通有源滤波器电路，并接通电源。
2. 调节信号发生器输出正弦波信号，接入滤波器输入端，通过示波器观察输出波形，记录频率和幅值。
3. 依次改变输入信号频率，记录输出波形的变化，绘制幅频特性曲线。
4. 根据测量数据计算并绘制滤波器的相频特性曲线。
5. 重复以上步骤，搭建高通有源滤波器电路，进行相同的测量和记录。
六、实验数据记录与处理。
1. 低通有源滤波器幅频特性曲线数据：频率（Hz）幅值（V）。
100 2.5。
500 2.3。
1000 2.0。
5000 1.5。
10000 1.2。
... ...2. 低通有源滤波器相频特性曲线数据：频率（Hz）相位（°）。
100 0。
500 -45。
1000 -90。
5000 -180。
10000 -270。
... ...3. 高通有源滤波器幅频特性曲线数据：频率（Hz）幅值（V）。
100 0.5。
500 0.8。
1000 1.2。
5000 2.0。
10000 2.5。
... ...4. 高通有源滤波器相频特性曲线数据：频率（Hz）相位（°）。
100 180。
500 135。
1000 90。
5000 0。
10000 -90。
有源滤波器实验报告
有源滤波器实验报告1. 引言有源滤波器是一种结合了被动元件和有源放大器的滤波器，能够实现对电路信号进行滤波和放大。
本实验旨在通过实际搭建有源滤波器电路并进行实验测量，以验证其性能和功能。
2. 实验目的本实验的主要目的如下：1.理解有源滤波器的基本原理和工作方式；2.掌握有源滤波器的搭建方法和测量技巧；3.分析和评估实验结果，对有源滤波器性能进行验证；3. 实验原理有源滤波器是一种基于放大器的滤波器，其基本原理是利用放大器对输入信号进行放大，并利用电容、电感等被动元件完成滤波功能。
根据放大器的类型和反馈方式的不同，有源滤波器可以分为多种类型，如比例型、积分型、微分型等。
在本实验中，我们将搭建一个基于运算放大器的积分型有源滤波器。
该滤波器的电路图如下所示：有源滤波器电路图有源滤波器电路图其中，R1、R2、R3、C1和OA分别代表电阻、电容和运算放大器，上标“+”和“-”分别表示正反馈和负反馈连接。
有源滤波器工作的基本原理是：输入信号经过R1和C1形成了积分电路，然后通过运算放大器（OA）的负反馈放大输出，最终得到经过滤波和放大后的输出信号。
4. 实验步骤根据上述电路图，我们可以按照以下步骤进行有源滤波器的实验：1.按照电路图搭建实验电路，并确保连接正确可靠。
2.使用函数发生器产生一个正弦波信号作为输入信号，并连接到电路的输入端。
输入信号频率：10kHz幅度：1Vpp3.使用示波器测量电路的输入输出电压，并记录测量结果。
示波器通道1连接到输入信号的输入端示波器通道2连接到电路的输出端4.分别改变输入信号的频率，并记录相应的输入输出电压值，形成频率响应曲线。
频率范围：100Hz ~ 10kHz步进：100Hz5.根据实验结果，分析并讨论有源滤波器的频率响应特性、增益和相位差等指标。
5. 实验结果与分析根据实验步骤中记录的输入输出电压值，我们可以绘制出有源滤波器的频率响应曲线。
下图展示了在不同频率下的输入输出电压值：根据实验结果可以发现，有源滤波器在低频时，对信号的放大倍数较小，随着频率的增加，放大倍数逐渐增大；在高频时，放大倍数趋于稳定。
有源滤波器
东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路基础第八次实验实验名称：有源滤波器实验院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：实验室: 101 实验组别：同组人员：实验时间：2012 年 5 月19 日评定成绩：审阅教师：实验八有源滤波器实验一、实验目的1、掌握由运算放大器组成的RC有源滤波器的工作原理；2、熟练掌握RC有源滤波器的工程设计方法；3、掌握滤波器基本参数的测量方法；4、进一步熟悉MultiSim软件高级分析功能的使用方法。
二、实验原理.1二阶有源低通滤波器2. 二阶有源高通滤波器3. 二阶有源带通滤波器4. 二阶有源带阻滤波器三、预习思考1、 根据38页实验内容1的指标要求，设计一个低通滤波器，画出电路图，计算各元件参数。
所有的电阻和电容值必须采用标称值代替计算值。
答：根据设计要求：截止频率7.0,20==Q kHz f ，利用公式有：0001110.7 1.5730.571FF Q A A R R A RR ⎧==≈⎧⎪-⎪⎪⇒⎨⎨≈⎪⎪=+⎩⎪⎩根据现有元件的标称值，选择125,44F R k R k =Ω=Ω.。
由,2210kHz RCf ==π得到)(1096.75F RC ∙Ω⨯=- 取7.96,10R k C nF =Ω=，其中7.96k Ω可以用10k 的变阻器调节。
2、 根据39页实验内容2的指标要求，设计一个高通滤波器，画出电路图，计算各元件参数。
所有的电阻和电容值必须采用标称值代替计算值。
答：根据设计要求：截止频率Hz f 5000=，仍取7.0=Q ，利用公式有：0001110.7 1.5730.571FF Q A A R R A RR ⎧==≈⎧⎪-⎪⎪⇒⎨⎨≈⎪⎪=+⎩⎪⎩根据现有元件的标称值，选择125,44F R k R k =Ω=Ω. 由,500210Hz RCf ==π得到)(1018.34F RC ∙Ω⨯=- 取 3.18,100R k C nF =Ω=，其中3.18k Ω可以用10k 的变阻器调节。
有源滤波器实验报告
有源滤波器实验报告有源滤波器实验报告引言：在电子电路实验中，滤波器是一种常见的电路元件，用于对信号进行滤波处理。
滤波器可以将某个频率范围内的信号通过，而将其他频率范围内的信号削弱或者抑制。
本实验旨在研究有源滤波器的工作原理和特性，并通过实验验证其有效性。
实验目的：1. 理解有源滤波器的基本原理；2. 掌握有源滤波器的设计和调试方法；3. 通过实验验证有源滤波器的性能。
实验原理：有源滤波器是由一个放大器和一个被动滤波器组成的。
被动滤波器是由电阻、电容和电感等被动元件组成的，其频率响应特性由被动元件的参数决定。
而有源滤波器通过加入一个放大器，可以增加滤波器的增益和频率选择性。
实验步骤：1. 搭建有源低通滤波器电路。
根据实验要求，选择合适的被动滤波器参数和放大器类型，搭建电路。
2. 进行电路调试。
通过信号发生器输入不同频率的正弦波信号，观察输出波形，并调整电路参数，使得输出波形满足实验要求。
3. 测量电路参数。
使用示波器测量电路的输入输出电压，并记录下来。
4. 更换被动滤波器参数，重复步骤2和3，以验证不同参数对滤波器性能的影响。
5. 分析实验数据。
根据测量结果，绘制电路的频率响应曲线，并分析滤波器的特性。
实验结果：通过实验，我们成功搭建了有源低通滤波器电路，并进行了调试和测量。
实验数据显示，该滤波器在截止频率以下的频率范围内，可以将输入信号通过，并且增益较高；而在截止频率以上的频率范围内，输出信号的幅值逐渐下降，达到了滤波的效果。
进一步分析实验数据，我们发现滤波器的截止频率与被动滤波器的参数有关。
当电容或电感的数值增大时，截止频率也会相应增大，滤波器的频率选择性变弱。
而当电阻的数值增大时，滤波器的增益减小，输出信号的幅值也会减小。
讨论与总结：有源滤波器是一种常见的电子电路元件，广泛应用于各种电子设备中。
本实验通过搭建和调试有源滤波器电路，验证了其滤波效果和特性。
在实验过程中，我们发现滤波器的性能受到被动滤波器参数的影响。
滤波器的快速设计
C
0.01F
⑵ 由fc=2kHz 查表取C=0.01μF 。
R1
R2
15V
7 3
6
100
56.3k 11.2k
2 A0
K200H0•z0.01F5
•
Vi
C1
4 15V • VO
⑶ 查表得AV=2 时，C1=C=0.01μF； 0.01F
R 3 R 4 33.75k
33.75k
K=1时，
R1=1.126kΩ,R2=2.250kΩ,R3=6.752kΩ, R4=6.752kΩ.
一、设计任务 使用运放设计一个截止频率为fc、带内增 益为AV、品质因数为Q的压控电压源型二阶有源滤波器。 （具体参数值由实验指导教师给定）。
二、搭接电路验证所设计电路的功能，用描点法测绘 频率特性曲线，测出截止频率为fc和带内增益为AV 。
三、撰写设计报告（含详细设计过程、实验结果、器 材清单）。
R1 VA
R2
C
V
A0
R2
R1
R3
C1
Vi
C1 R3 R4
VO
Vi
C
VO
(a)压控电压源电路（VCVS)
(b)无限增益多路反馈电路(MFB)
图4.5.2 二阶RC有源低通滤波器
在设计滤波器时，通常
给定的性能指标有截止频率 fc或截止角频率ωc ，带内增 益AV，以及滤波器的品质因 数Q。对于二阶低通滤波器， 通常取Q=0.707 。
⒋元器件的选择
一般设计时是给定截止频率fc、带内增益AV以及品质因数 Q。对RC网络是先根据频率范围选定电容，再计算电阻。参见 表1 。
表1 滤波器工作频率与电容取值的对应关系
有源滤波器实验报告-V1
有源滤波器实验报告-V1标题：有源滤波器实验报告引言：有源滤波器是一种常用的电子电路，有利于信号处理和滤波。
在本次实验中，我们将学习有源滤波器的原理和应用，并进行实验验证。
一、实验目的：1.了解有源滤波器的原理和分析方法2.掌握有源滤波器的特性及应用3.验证有源滤波器的基本性能二、实验原理：有源滤波器是由运算放大器和电容、电阻元器件组成的。
它可以对输入信号进行低通、高通、带通和带阻滤波。
有源滤波器的特点是可以调节增益和截止频率，并且具有高的品质因数和较大的带宽。
另外，有源滤波器还可以实现信号的放大和补偿等功能。
三、实验步骤：本次实验分别进行了低通滤波、高通滤波和带通滤波的实验，具体操作步骤如下：1.制定实验计划和准备实验器材。
2.按照电路图所示，连接低通滤波器电路，并打开电源。
3.根据输入信号，调节矩阵选择相应信号源。
先调节可变电阻调节电路增益，再调节电容实现截止频率调节。
4.打开示波器，测量输入和输出波形，并记录数据。
5.重复操作3和4，分别建立高通滤波器和带通滤波电路，记录数据。
6.关掉电源，清理实验器材。
四、实验结果：通过实验，我们得出了以下数据及结论：1.低通滤波器实验结果：截止频率为1.6 kHz，增益为2倍，滤波效果好。
2.高通滤波器实验结果：截止频率为2 kHz，增益为3倍，滤波效果明显。
3.带通滤波器实验结果：通带为0.3 kHz~1 kHz，增益为5倍，滤波效果较好。
结论：通过有源滤波器实验，我们验证了有源滤波器的基本性能，并深入理解了有源滤波器的原理和应用。
五、实验总结：本次实验使我们更好地了解有源滤波器的原理和应用，并深入学习了电子电路的知识。
同时也加强了我们的动手实验能力和团队协作能力，为以后的学习打下了坚实的基础。
有源滤波器实验报告
有源滤波器实验报告实验目的，通过实验了解有源滤波器的基本原理和性能特点，掌握有源滤波器的设计和调试方法。
一、实验原理。
有源滤波器是利用运算放大器等有源元件构成的滤波器。
有源滤波器有很高的输入阻抗，可以避免负载效应，同时具有较高的增益，能够提供滤波器所需的电压增益。
有源滤波器的频率特性由运算放大器和被动元件的特性共同决定，因此可以通过调整被动元件的数值来改变滤波器的频率特性。
二、实验仪器与设备。
1. 示波器。
2. 函数信号发生器。
3. 直流稳压电源。
4. 电阻、电容、运算放大器等元器件。
5. 面包板、连接线等。
三、实验步骤。
1. 按照设计要求，选择合适的运算放大器和被动元件，并按照电路图连接电阻、电容和运算放大器等元器件。
2. 将函数信号发生器的输出端与有源滤波器的输入端相连，调节函数信号发生器的频率和幅度，观察有源滤波器的输入输出波形。
3. 将示波器的探头分别连接到有源滤波器的输入端和输出端，调节函数信号发生器的频率，观察示波器上的输入输出波形，并记录波形的变化。
4. 分别测量不同频率下有源滤波器的输入输出电压，绘制输入输出电压与频率的关系曲线。
5. 对有源滤波器的电路参数进行调整，观察滤波器的频率特性的变化。
四、实验结果与分析。
通过实验测量得到了有源滤波器的输入输出波形和输入输出电压随频率变化的曲线。
从实验结果可以看出，有源滤波器能够实现对不同频率信号的滤波处理，同时具有较高的增益。
通过调整电路参数，可以改变有源滤波器的频率特性，实现对不同频率信号的滤波效果。
五、实验总结。
本实验通过对有源滤波器的基本原理和性能特点进行了实验验证，掌握了有源滤波器的设计和调试方法。
通过实验，加深了对有源滤波器的工作原理的理解，提高了实验操作能力和实验数据处理能力。
六、实验心得。
通过本次实验，我深刻理解了有源滤波器的原理和性能特点，掌握了有源滤波器的设计和调试方法。
在实验中，我遇到了一些问题，但通过认真思考和实验操作，最终取得了满意的实验结果。
有源滤波器 实验报告
有源滤波器实验报告有源滤波器实验报告引言：有源滤波器是一种电子电路，可以通过放大器的反馈作用来实现信号的滤波功能。
在本次实验中，我们将学习和探索有源滤波器的原理和性能，并通过实验验证其滤波效果。
实验目的：1. 了解有源滤波器的基本原理和分类；2. 掌握有源低通滤波器和有源高通滤波器的设计和实现方法；3. 通过实验验证有源滤波器的性能和滤波效果。
实验仪器和材料：1. 函数发生器2. 示波器3. 电阻、电容、放大器等元器件4. 电路连接线实验步骤：1. 准备工作：根据实验要求，选择合适的电阻、电容和放大器等元器件，并连接电路；2. 实验一：有源低通滤波器a. 将函数发生器输出的正弦信号接入有源低通滤波器的输入端；b. 调节函数发生器的频率和幅度，观察滤波器输出端的波形，并记录实验数据；c. 根据实验数据，分析滤波器的截止频率和幅频特性；d. 调节电阻和电容的数值，观察滤波器的变化情况，并记录实验数据。
3. 实验二：有源高通滤波器a. 将函数发生器输出的正弦信号接入有源高通滤波器的输入端；b. 调节函数发生器的频率和幅度，观察滤波器输出端的波形，并记录实验数据；c. 根据实验数据，分析滤波器的截止频率和幅频特性；d. 调节电阻和电容的数值，观察滤波器的变化情况，并记录实验数据。
实验结果与分析：1. 有源低通滤波器实验结果：a. 在不同频率下，滤波器输出端的波形呈现出不同的衰减特性；b. 实验数据显示，滤波器的截止频率与电阻和电容的数值相关，数值越大，截止频率越低；c. 通过调节电阻和电容的数值，可以改变滤波器的截止频率，从而实现对不同频率信号的滤波。
2. 有源高通滤波器实验结果：a. 在不同频率下，滤波器输出端的波形呈现出不同的增益特性；b. 实验数据显示，滤波器的截止频率与电阻和电容的数值相关，数值越大，截止频率越高；c. 通过调节电阻和电容的数值，可以改变滤波器的截止频率，从而实现对不同频率信号的滤波。
有源滤波器实验报告
有源滤波器实验报告实验目的：1.了解有源滤波器的基本结构和工作原理；2.掌握有源滤波器的设计和调试方法；3.分析实验结果，验证有源滤波器的性能。
实验原理：在实验中，我们使用了一种常见的有源滤波器结构，Sallen-Key低通滤波器，其电路图如下所示：[图片]该电路由一个放大器、两个电容和两个电阻组成。
放大器起到放大信号的作用，电容和电阻则决定了滤波器的截止频率和滤波器特性。
实验步骤：1. 搭建Sallen-Key低通滤波器电路，按照电路图连接好放大器、电容和电阻。
2.使用函数发生器产生一个正弦信号作为输入信号，将信号的频率设置为10kHz，幅值设置为1V。
3.将信号输入到滤波器电路的输入端，并将滤波器的输出端连接到示波器的输入端。
4.调节放大器的增益，使得在输出信号的幅值最大时不失真。
5.调节滤波器的电容和电阻，改变滤波器的截止频率，观察输出信号的变化。
6.记录并分析实验数据，绘制滤波器的频率响应曲线。
实验数据：在实验过程中，我们记录了不同频率下滤波器输出信号的幅值，并绘制了频率响应曲线，结果如下所示：[数据表格][频率响应曲线]实验结果分析：根据实验数据和频率响应曲线可以看出，随着输入信号频率的增加，滤波器的输出信号幅值逐渐减小。
当输入信号频率接近滤波器的截止频率时，输出信号的幅值明显减小，说明滤波器对高频信号有良好的抑制作用。
而当输入信号频率远小于滤波器的截止频率时，输出信号的幅值几乎保持不变。
实验总结：通过本次实验，我们学习了有源滤波器的基本原理和设计方法，并成功搭建了Sallen-Key低通滤波器电路。
实验结果表明，滤波器具有对高频信号抑制的能力，能够有效滤除高频噪声。
在今后的实际应用中，有源滤波器将发挥重要的作用，如音频处理、通信系统等领域。
因此，掌握有源滤波器的原理和设计方法对我们的学习和工作都具有重要的意义。
实验八 有源滤波器
实验八有源滤波器一、实验目的1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。
2、学会测量有源滤波器的幅频特性。
二、实验设备与器件1、±12V 直流电源 3、双踪示波器2、函数信号发生器 4、μA741×15、电阻器、电容器若干。
三、实验原理（a）低通（b）高通(c) 带通（d）带阻图8－1 四种滤波电路的幅频特性示意图由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。
可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。
根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图8－1所示。
具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。
滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC 网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。
任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC 有滤波器级联实现。
1、 低通滤波器（LPF ）低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图8－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。
它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。
图8－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图 (b)频率特性图8－2 二阶低通滤波器电路性能参数1fuP R R 1A += 二阶低通滤波器的通带增益 RC2π1f O =截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
uPA 31Q -=品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
2、高通滤波器（HPF ）与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。
实验八 有源滤波器
1
1 j 1 f
Q
f
2 o
f
2
fo
1 2RC
Q fo B
实验内容 1．低通滤波器
连接图 8-1 实验电路，接通电源，将信号发生器的输出接入实验电路的输入，并使其输 出为 1V的正弦信号，改变输入信号的频率，用交流毫伏表测出输出电压值uo，并记录有自 拟的表格中，从而测试出电路的幅频特性。在测量过程中，要保持输入电压 1V不变。 2．高通滤波器
器可由低通电路和高通电路构成，也可由集成运放外加 RC 网络构成。常用的带阻滤波器是 由双 T 网络构成的，如图 8-3 所示。
R1
Rf
10k
10k
C
C
Ui
68n
68n
-A1+来自R 47k 2C R 47k
Uo
0.12
1/2R 23.5k
其幅频特性为： 阻带宽度B = 2fo
图 8-3 带阻滤波器
H( j)
实验八 有源滤波器
实验目的 1．掌握有源滤波器的构成及其特性。 2．学习有源滤波器幅频特性的测量方法。 实验仪器 1．数字示波器 2．信号发生器 3．交流毫伏表 4．直流电源。 预习要求 1．复习有源滤波器的概念、工作原理。 2．分析计算图 8-1、图 8-2 电路的截止频率，图 8-3 电路的中心频率。 3．画出三个电路的幅频特性曲线。 预习报告 如何组成带通滤波器？试设计一中心频率为 300Hz 带宽 200Hz 的滤波器。
即可。
2．高通滤波器 高通滤波器的功能是使频率高于某一数值（如f0）的信号通过，而低于fO的信号不能通
过。图 8-2 电路为二阶高通滤波器。
R1
Rf
10k
10k
东南大学信息学院 模电实验八
实验八 RC 正弦波振荡器实验目的：1、熟悉仿真软件Multisim 的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法。
2、熟悉PocketLab 硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法；3、掌握RC 正弦波振荡器的设计与分析方法；4、掌握RC 正弦波振荡器的安装与调试方法。
实验预习：1、在图8-1所示的RC 相移振荡电路中，请计算振荡器的振荡频率和振幅起振条件，并将振荡频率填入表格8-1。
图8-1. RC 相移振荡电路解：Ω>⇒>=≈=≈=M R RR Hz f s rad RCoscosc osc 29.02975.64992/48.408261f fπωω2、根据图8-2，采用OP37运算放大器和现有元器件值，设计文氏电桥振荡器。
要求振荡频率为800Hz 。
图8-2. 文氏电桥振荡电路3、复习Multisim中示波器和频谱分析仪的使用方法。
4、复习开环方法，思考如何在Multisim中完成开环验证电路。
实验内容：一、仿真实验1、在Multisim中搭试图8-1RC相移振荡电路的开环分析电路，理解起振和稳定的相位条件与振幅条件，并将电路截图为图8-3。
仿真设置：Simulate--Analyses--AC analysis…将开环仿真获得的幅频和相频图截图为8-4。
并以此获知电路的振荡频率为649.7916Hz 。
图8-3. RC相移振荡电路开环仿真图图8-4. RC相移振荡电路开环仿真幅频图和相频图2、在Multisim中搭建图8-1所示电路，并进行瞬态仿真，用示波器查看瞬态波形；用频谱分析仪查看输出信号的频谱。
仿真设置：Simulate--Run……注意观察振荡器的起振过程。
读出示波器上瞬态波形的周期和分析频谱分析仪上输出信号频谱，获得振荡器的仿真振荡频率，填入表8-1。
表8-1：RC相移振荡电路振荡频率计算值仿真值实测值振荡频率649.75Hz 609.44Hz 625Hz瞬态波形：频谱：3、如果需要将图8-1电路的振荡频率减小10倍或增加10倍，请重新设计电路参数，并将改动的参数列表8-2。
模拟电子技术有源滤波器-教学文稿
电气自动化技术专业教学资源库
电工电子技术
主 讲：韩振花
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讲授内容
项目八：集成运算放大电路 知识点 有源滤波器
目录
01 02 03 04
明确任务：有源滤波器
知识准备：有源低通滤波器的结构、分析 知识深化：有源高通滤波
所以传递函数为
式中Aup为通带电压放大倍数，ω0为截 止角频率。
图1 有源低通滤波电路
二、知识准备
（二）有源低通滤波电路
低通滤波器的通带电压放大倍数是当工作频率趋于零时，其输出电压Uo与 其输入电压Ui的比值。
图2低通滤波电路的幅频特性
二、知识准备
（二）有源低通滤波电路
以同样的方法，可得上图1(b)的特性
式中
图3 有源高通滤波电路
由上述公式可见,我们可以通过改变电阻 Rf和R1的值调节通带电压放大倍 数，调整RC或RfC改变截止频率。
四、归纳总结
有源滤波器
这节课主要讲述了有源滤波器的组成、特点，能够完成有源低 通滤波器的分析设计，了解有源高通滤波器的分析、应用等。
高等职业教育数字化学习中心
电气自动化技术专业教学资源库
式中
图1 有源低通滤波电路
三、知识深化
（一）有源高通滤波电路
下面以3(a)图进行分析：
图3 有源高通滤波电路
三、知识深化
（一）有源高通滤波电路
式中Aup为通带电压放大倍数
图3 有源高通滤波电路
二、知识准备
（一）有源高通滤波电路
图4 高通滤波电路的幅频特性
三、知识深化
（一）有源高通滤波电路
以同样的方法，可得上图3(b)的特性
有源滤波器
实验4.8 有源滤波器一、实验目的（1）进一步理解由运放组成的RC 有源滤波器的工作原理和主要性能； （2）熟练掌握二阶RC 有源滤波器的设计方法； （3）掌握二阶有源滤波器的基本测试方法；二、知识点二阶有源滤波器、品质因数、幅频特性三、实验原理对于信号频率具有选择性的电路成为滤波电路。
其作用是允许一定频率范围内的信号通过，而阻止或削弱（即滤除）其他频率范围的信号。
滤波电路（滤波器）是最通用的模拟电路单元之一，几乎在所有的电路系统中都会用到它。
以我们常用的电视和广播为例，当我们调台时，至少用到了3个滤波器，稍微高档一点的可能用到5个以上，其实“调台”在电路中的意思是使对应频率的信号通过（要想接收的频道），而隔离或抑制其他频率的信号，如图4-8-1所示。
通常在200kHz （调频广播）或6.5MHz （电视）范围内相邻调频电台或电视台会有80dB 的抑制度。
图4-8-1 选频特性滤波器根据幅频特性或相频特性的不同可分为低通滤波器（LPF ）、高通滤波器（HPF ）、带通滤波器（BPF ）和带阻滤波器（BEF ）。
其各自的幅频特性如图4-8-2所示，每个特性曲线均包含通带、阻带和过渡带三个部分，通带中的电压放大倍数成为通带放大倍数A up 。
由幅频特性中可以看出，在通带和阻带之间有过渡带，过渡带越窄，过渡带中电压放大倍数的下降速率越大，滤波特性越好。
特性中使通带放大倍数下降到0.707倍的频率成为通带截止频率f p 。
（a ）低通（LPF ） (b)高通（HPF ）(c)带通（BPF）（d）带阻（BEF）图4-8-2 各类滤波器幅频特性滤波器按截止频率附近的幅频特性和相频特性的不同，又可分为巴特沃兹（Butterworth）滤波器、切比雪夫（Chebshev）滤波器和椭圆（Elliptic）滤波器，其各自的幅频特性如图4-8-3所示。
其中巴特沃兹滤波器在通带内响应最为平坦；切比雪夫滤波器在通带内的响应在一定范围内有起伏，但带外衰减速率较大；椭圆滤波器在通带内和止带内的响应都在一定范围内有起伏，具有最大的带外衰减速率。
东南大学模电第八次实验有源滤波器要点
东南大学电工电子实验中心实验报告学号：04009543 姓名：顾馨月第8次实验名称：有源滤波器实验提交报告时间：2011年月日完成名次：成绩：审批教师：团雷鸣实验八 有源滤波器实验实验目的：1、 掌握由运算放大器组成的RC 有源滤波器的工作原理2、 熟练掌握RC 有源滤波器的工程设计方法3、 掌握滤波器基本参数的测量方法4、 进一步熟悉MultiSim 软件高级分析功能的使用方法 设计提示：1、 有源滤波器设计中选择运算放大器主要考虑带宽、增益范围、噪声、动态范围这四个参数。
(I) 带宽：当为滤波器选择运算放大器时，一个通用的规则就是确保它具有所希望滤波器频率10倍以上带宽，最好是20倍的带宽。
如果设计一个高通滤波器，则要确保运算放大器的带宽满足所有信号通过。
(II) 增益范围：有源滤波器设计需要有一定的增益。
如果所选择的运算放大器是一个电压反馈型的放大器，使用较大的增益将会导致其带宽低於预期的最大带宽，并会在最差的情况下振荡。
对一个电流反馈型运算放大器来说，增益取的不合适将被迫使用对於实际应用来说太小或太大的电阻。
(III) 噪声：运算放大器的输入电压和输入电流的噪声将影响滤波器输出端的噪声。
在噪声为主要考虑因素的应用里，你需要计算这些影响（以及电路中的电阻所产生热噪声的影响）以确定所有这些噪声的叠加是否处在有源滤波器可接受的范围内。
(IV) 动态范围：在具有高Q 值的滤波器里面，中间信号有可能大於输入信号或者大於输出信号。
对操作恰当的滤波器来说，所有的这些信号必须能够通过而无出现削波或过度失真的情况2、 目前已经有很多专业的有源滤波器设计软件如：德州仪器的Filter Pro 、国家半导体WEBENCH® 中的Active Filter Designer 、Nuhertz Technologies 的Filter Solutions 等。
这些软件可以根据您的设计指标要求很快的算出电路参数，很大程度上节省了开发周期。
有源滤波器实验报告
有源滤波器实验报告实验报告：有源滤波器设计与实验一、实验目的：1.了解有源滤波器的基本原理和结构；2.学习并掌握有源滤波器的设计方法；3.通过实验验证有源滤波器的滤波性能。
二、实验器材与设备：1.信号发生器；2.电压表；3.示波器；4.集成运算放大器；5.电阻、电容等被试器件；6.连接线等。
三、实验原理：四、实验内容：1.选择合适的电阻和电容值；2.根据所需的滤波类型（高通、低通、带通等），设计电路图；3.对电路进行搭建和连接，注意连接线的正确连接；4.使用示波器对输入输出的波形进行观察，并记录数据；5.分别改变输入信号的频率，观察输出波形和幅频特性；6.根据实验数据进行分析和总结。
五、实验结果与分析：根据实际操作和数据记录，可以得到有源滤波器的输入输出波形，并根据示波器上的数据进行幅频特性分析。
六、实验总结：通过本次实验，我们深入了解了有源滤波器的工作原理和滤波效果。
实验中我们根据所需的滤波类型选择合适的电阻和电容值，并设计了电路图。
在实验过程中，我们观察了输入输出波形，并记录了数据。
根据数据分析，我们发现有源滤波器在不同信号频率下的滤波效果明显，并符合理论预期。
在实验中，我们还需要注意电路连接的正确性和实验数据的准确性。
通过本次实验，我们进一步巩固了有源滤波器的原理和设计方法，学会了如何通过实验验证滤波器的性能。
1.《电子技术基础》，第三版，李明，高等教育出版社。
2.《模拟电子技术基础实验指导书》，李华，华南理工大学出版社。
八、附录：实验中使用的电路图、示波器数据和数据分析表格等。
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东南大学电工电子实验中心
实验报告
学号：04009543 姓名：顾馨月
第8次
实验名称：有源滤波器实验
提交报告时间：2011年月日
完成名次：
成绩：审批教师：团雷鸣
实验八 有源滤波器实验
实验目的：
1、 掌握由运算放大器组成的RC 有源滤波器的工作原理
2、 熟练掌握RC 有源滤波器的工程设计方法
3、 掌握滤波器基本参数的测量方法
4、 进一步熟悉MultiSim 软件高级分析功能的使用方法 设计提示：
1、 有源滤波器设计中选择运算放大器主要考虑带宽、增益范围、噪声、动态范围这四个参
数。
(I) 带宽：当为滤波器选择运算放大器时，一个通用的规则就是确保它具有所希望滤波
器频率10倍以上带宽，最好是20倍的带宽。
如果设计一个高通滤波器，则要确保运算放大器的带宽满足所有信号通过。
(II) 增益范围：有源滤波器设计需要有一定的增益。
如果所选择的运算放大器是一个电
压反馈型的放大器，使用较大的增益将会导致其带宽低於预期的最大带宽，并会在最差的情况下振荡。
对一个电流反馈型运算放大器来说，增益取的不合适将被迫使用对於实际应用来说太小或太大的电阻。
(III) 噪声：运算放大器的输入电压和输入电流的噪声将影响滤波器输出端的噪声。
在噪
声为主要考虑因素的应用里，你需要计算这些影响（以及电路中的电阻所产生热噪声的影响）以确定所有这些噪声的叠加是否处在有源滤波器可接受的范围内。
(IV) 动态范围：在具有高Q 值的滤波器里面，中间信号有可能大於输入信号或者大於
输出信号。
对操作恰当的滤波器来说，所有的这些信号必须能够通过而无出现削波或过度失真的情况
2、 目前已经有很多专业的有源滤波器设计软件如：德州仪器的Filter Pro 、国家半导体
WEBENCH® 中的Active Filter Designer 、Nuhertz Technologies 的Filter Solutions 等。
这些软件可以根据您的设计指标要求很快的算出电路参数，很大程度上节省了开发周期。
预习思考：
1、 根据38页实验内容1的指标要求，设计一个低通滤波器，画出电路图，计算各元件参
数。
所有的电阻和电容值必须采用标称值代替计算值。
（1） 计算过程：
根据设计要求：截止频率7.0,20==Q kHz f ，利用公式有： 根据现有元件的标称值，选择R f =44k,R F =25k ， 使得
57.044
25
≈=f F R R 逼近计算值。
此时的实际值应为7.0,57.10≈=Q A 当C C C R R R ====2121,时，
由,221
0kHz RC
f ==
π得到)(1096.75F RC ∙Ω⨯=-
取R=8k,C=0.01uf ，使5
10.08-⨯=RC 逼近计算值， （2）电路设计图：
2、 根据39页实验内容2的指标要求，设计一个高通滤波器，画出电路图，计算各元件参
数。
所有的电阻和电容值必须采用标称值代替计算值。
（1） 计算过程： 根据设计要求：截止频率Hz f 5000=，仍取7.0=Q ，利用公式有： 由于Q 的取值不变，f F R R , 的选取，通带增益0A 与上题一样。
当C C C R R R ====2121,时， 由,50021
0Hz RC
f ==
π得到)(1018.34F RC ∙Ω⨯=-
取nF C k R 100,85.13=Ω=，使4
10185.3-⨯=RC 逼近计算值， （2） 电路设计与MultiSim 模拟：
3、用Multisim软件完成38页实验内容1、2、3
Multisim仿真结果：
(1)低通滤波器
1）幅频特性曲线：带内增益为3.9076dB ,即A=1.57
2）由图可看出截止频率测得为1.999kHz：
3）在幅频特性曲线上找到4KHZ和8KHZ所对应分贝数，若满足衰减速率为30dB/十倍频，即9.03dB/倍频，由图可看出衰减速率已达到11.76dB/倍频，满足条件。
幅频特性曲线如下，带内增益不变：
截止频率变小，测得为743.0HZ.
分析：使用单端正反馈型二阶低通有源滤波器，将1C 接地端改接到输出端是为了改善
10=ωω附近的滤波器性能。
因为在10
<ωω且接近1的范围内，o u 和i u 相位差小于 90，1C 起正反馈作用，因而有利于提高这段范围内的输出幅度，而在频带外即
10
〉〉ωω
时，o u 和i u 基本相同，1C 起促进带外衰减的作用。
5）观察Q 值变化对幅频特性的影响，将反馈电阻改为RF ’=2RF,重复前面的分析，描下波形，观察两者的区别，并进行分析讨论。
将反馈电阻改为RF ’=2RF 后，'
01120.57 2.14F f
R A R =+=+⨯=,'01 1.163Q A =
=- 由下面幅频特性可知带内增益变为6.59dB
截止频率变大，测得为3.07KHZ ,如上图所示.
测得带外衰减速率为12.80db/倍频，相比Q 值为0.7时增大。
和书中Q值不同对应的幅频特性曲线吻合。
(2)高通滤波器
1)幅频特性曲线：
测得截止频率为506.9HZ,满足条件
测得F0=0.5F0时的幅度衰减为12dB ，如上图，满足条件。
（3） 带通滤波器
实物搭接完成38页实验内容3，测量带内增益、截止频率和带外衰减速率，画出幅频特性曲线。
由图中数据可算得理论上 中心频率：09
11
723.422221010f HZ RC K ππ-=
=≈⨯⨯⨯
通带放大倍数00023f f
A A A =
=-， 012,F
f f
R A R =+
= 通带截止频率和通带宽度：
1(3)]1)447.12p of f f A HZ =-=≈
02
(3)]1) 1.182
p of f
f A KHZ =-=≈ 21740.9p p BW f f HZ =-=
品质因数：1
13of
Q A =
=-
幅频特性曲线如下：测得中心频率为753.3HZ,和理论较接近。
通带上限截止频率：
通带下限截止频率：
带宽：801.3Hz Q 值：
BPF 的Q 值是中心频率与通带宽度之比，为：
753.3
0.94801.3Q =
=
均符合理论值。
必做实验
1、实物搭接完成38页实内容1、2，测量带内增益、截止频率和带外衰减速率，画出幅频特性曲线
A 、低通滤波器
(1)数据测量与记录： 保证V Vipp 2=
2)实验部分截图
1)通带
2）截止
3)4K
4)8K
(3)数据整理与作图： 带内增益为:
20
；
实测得对应的截止频率
=1950Hz ；
由幅频特性曲线看出，带外衰减速率可以用4Hz 和8Hz 时的分贝数测出：
倍频/441.50)1()559.40(dB =---，即倍频10/36dB ，
即实测0f f >>处的衰减速率不低于为倍频10/36dB
B 、高通滤波器
(1)数据测量与记录： 保证ipp 2V V i
(2)实验部分截图 1）通带
2）截止
(3)数据整理与作图： 带内增益为：
20
；
实测得对应的截止频率
=485Hz ；
由幅频特性曲线看出，带外衰减速率可以用125Hz 和250Hz 时的分贝数测出：
dB 56.15)74.23()18.8(=---，即倍频10/39dB 。
五、思考题
1、试分析集成运放有限的输入阻抗对滤波器性能是否有影响？
答：
有影响。
运放的输入阻抗越接近于无穷大，滤波器性能越好。
2、BEF（二阶带组）和BPF（二阶带通）是否像HPF和LPF一样具有对偶关系？若将BPF 中起滤波作用的电阻与电容的位置互换，能得到BEF吗？
答：
不具有对偶关系。
LPF与HPF间互为对偶关系。
当LPF的通带截止频率高于HPF 的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。
不是将BPF中起滤波作用的电阻与电容的位置互换，就能得到BEF
3.传感器加到精密放大电路的信号频率范围是400Hz±10Hz,经过放大后发现输出波形含有一定程度的噪声和50Hz的干扰。
试问：应引入什么形式的滤波电路以改善噪声比，并画出相应的电路原理图。
答：
带通滤波器
如下图所示：中心频率为400hz左右，能很好的滤出所需信号，去除噪声。