信号与系统实验八 模拟滤波器频率特性测试

南昌大学实验报告

学生姓名：周倩文学号：6301712010 班级：通信121班实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：4月30号实验成绩：实验八模拟滤波器频率特性测试

一、实验目的

1、掌握低通无源滤波器的设计；

2、学会将无源低通滤波器向带通、高通滤波器的转换；

3、了解常用有源低通滤波器、高通滤器、带通滤波器、带阻滤波器的结构与特性；

二、预备知识

1、学习“模拟滤波器的逼近”；

2、系统函数的展开方法；

3、低通滤波器的结构与转换方法；

三、实验原理

模拟滤波器根据其通带的特征可分为：

（1）低通滤波器：允许低频信号通过，将高频信号衰减；

（2）高通滤波器：允许高频信号通过，将低频信号衰减；

（3）带通滤波器：允许一定频带范围内的信号通过，将此频带外的信号衰减；

（4）带阻滤波器：阻止某一频带范围内的信号通过，而允许此频带以外的信号衰减；

各种滤波器的频响特性图：

图2一1低通滤波器图2一2高通滤波器

图2一3带通滤波器 图2一4带阻滤波器

在这四类滤波器中，又以低通滤波器最为典型，其它几种类型的滤波器均可从它转化而来。 1、系统的频率响应特性是指系统在正弦信号激励下系统的稳态响应随激励信号频率w 变化的情况。用矢量形式表示：

()()()j H j H j e φωωω=

其中：｜H(j ω)｜为幅频特性，表示输出信号与输入信号的幅度比随输入信号频率的变化关系；φ(ω)为相频特性，表示输出信号与输入信号的相位差随输入信号频率的变化关系。 2、H(j ω)可根据系统函数H(s)求得：H(j ω)= H(s)︱s=j ω因此，对于给定的电路可根椐S 域模型先求出系统函数H(s)，再求H(j ω)，然后讨论系统的频响特性。

3、频响特性的测量可分别测量幅频特性和相频特性，幅频特性的测试采用改变激励信号的频率逐点测出响应的幅度，然后用描图法描出幅频特性曲线；相频特性的测量方法亦可改变激励信号的频率用双踪示波器逐点测出输出信号与输入信号的延时τ，根椐下面的公式推算出相位差

()2T

τφωπ

= 当响应超前激励时()φω正，当响应落后激励时()φω为负。

（根据实际电路 画上电路图）

图2一5实验电路

图中：R=38k Ω，C=3900pF ，红色部分画上实验板上的电路。

四、实验内容及步骤：

将信号源CH1的信号波形调为正弦波，信号的幅度调为Vpp=10V 。 1、RC 高通滤波器的频响特性的测量： 将信号源的输出端(A)接实验板的IN1端，滤波后的信号OUT1接示波器的输入(B) 。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十 次以上(幅度保持Vipp=10v) ， 逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及输出信号与输入信号的相位差 ，并将测量数据填入表一：

表一

Vi(V) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

f(Hz)

Vo(v)

φ(ω)

2．RC低通滤波器的频响特性的测量：

将信号源的输出(A)接实验板的IN2，滤波后的输出信号OUT2接示波器的输入(B) 。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十次以上(幅度保持Vipp=10v) 逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp) 及Φ(ω)，并将测量数据填入表二

表二

Vi(V) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

f(Hz)

Vo(v)

φ(ω)

3．双TRC带阻滤波器的频响特性的测量：

将实验板上的两输入端IN1与IN2短接，输出端OUT1与OUT2短接；并将信号源的输出(A)接实验板输入(IN1 )或(IN2 )，滤波后的输出OUT1或OUT2接示波器的输入(B) 。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变二十次以上(幅度保持Vipp=10v) ，逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及Φ(ω) ，并将测量数据填入表三：

表三

Vi(V) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

f(Hz)

Vo(v)

φ(ω)

五、实验仪器：

函数发生器一台，双踪示波器一台，实验板一块

六.实验数据

1、RC高通滤波器的频响特性的测量：

表一

Vi(v) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

F(Hz) 10 20 100 500 1K 2K 5K 10K 20K 50K Vo(v) 0.136 0.33 1.38 3.78 6.34 7.26 8.03 8.27 8.27 8.27 τ28ms 12ms 2.3ms 320us 100us 36us 8us 3us 1us 400ns 2、RC低通滤波器的频响特性的测量：

表二

Vi(v) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

F(Hz) 10 20 100 500 1K 2K 5K 10K 20K 50K Vo(v) 8.38 8.36 8.27 5.38 3.34 1.54 0.686 0.364 0.172 0.054 τ4ms 2ms 400us 280us 170us 112us 48us 26us 13.6us 6.4us 3、双TRC带阻滤波器的频响特性测量：

表三

Vi(v) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

F(Hz) 10 20 100 500 1K 2K 5K 10K 20K 50K Vo(v) 8.26 7.76 5.64 1.06 2.14 5.64 6.36 7.34 7.76 7.84 τ2ms 1.2ms 240us 80us 74us 60us 12us 4us 2us 300ns

根据表一，二，三以logf为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制三种滤波器的幅频特性曲线；以logf横坐标，φ（ω）为纵坐标，绘制三种滤波器的相频特性曲线；并将测得的个流程表情的截住频率与理论值进行比较。画出下面几种滤波器的幅频特性曲线和相频特性曲线

高通滤波器（幅频与相频特性曲线）