实验五滤波器的频率特性测试

实验五 滤波器的频率特性测试

一. 实验目的

1. 了解无源和有源滤波器的类型、电路结构、工作原理和特性，比较其性能的不同点

2.

通过对滤波器频率响应特性的测试，掌握对元件或系统做频率特性测试的方法。

二. 实验所需仪器及元器件

THM-6模拟电路实验箱、直流稳压电源、双踪示波器、数字万用表、 信号发生器、交流毫伏表、运算放大器、电阻、电容、连接线。

三. 实验原理

实验装置及仪器连接方法见图 1所示，其中滤波器实验电路可根据实验内容的不同在 THM-6模拟电路实验箱接插成不同的滤波器。信号发生器输出幅值恒定、频率可调的正弦 波电压作为滤波器的输入信号U i ,由交流毫伏表测量其幅值。在每一给定频率下，从交流毫 伏表读出输出电压U o ,从双踪示波器读出U o 滞后U i 的时间，由此可计算两者相位差。直流 稳压电源为有源滤波器的运算放大器提供土 12V 电源。

四. 实验内容及步骤 1 •实验内容

⑴RC 无源一阶低通滤波器的频率特性测试

电路如图2所示，如果负载电阻R L = %,其幅频特性和 相频

特性分别为

A ® ） = #/+（诳 f

①（叭=_ar ct （g co 孑

式中，时间常数：=RC ，截止频率：f c = 1 2- RC

⑵RC 有源一阶低通滤波器的频率特性测试

电路如图3所示，其幅频特性和相频特性分别为

A ® ） = K /（1+（血（①（叭=-ar ct （g ⑷孑

式中，时间常数：•二RC ， K =1 Rf.；R ,

图1滤波器频率特性测试系统框图

R

R=10k 「C=「•丄F

R L =1k'.1

图2无源滤波电路

R L =1k 1-1

图3有源滤波电路

2 •实验步骤

两个实验对象虽然不同，但均为测试滤波器的幅频和相频特性，因此，实验方法及步骤相同。

⑴ 按图2在THM-6模拟电路实验箱上选择C元件和外接电阻R,用万用表测量R、C元件

的实际值：C= _______________ ，R= ___________ ，计算截止频率f c= ___________ 。

按图2接线，插入电阻R,但先不接入负载电阻R L。

⑵ 按图1连接测试系统，由信号发生器输出幅值恒定的正弦信号（约1V），按表1不断改变

信号频率，由交流毫伏表读出输入和输出信号的幅值，用双踪示波器监测输入和输出波形，读出输入与输出信号的时间差，并计算两者的相位差，填入表1。

⑶ 按图2接线，接入负载电阻R L，重复上述实验，记录相关数据。

⑷按图3,在THM-6模拟电路实验箱上选择C元件和外接电阻R、R i、R f、，用万用表测量R、

R i、R f的实际值：R= _____________ ，R i= ________ ，R f = _________ ，计算截止频率f c= ____________ 和放大增益K= _____________ 。

⑸ 关闭模拟电路实验箱电源，按图3接线，插入各电阻，但先不接入负载电阻R L，认真检查并

确认接线无误后，接通实验箱电源，重复实验⑵，记录相关数据。

⑹ 关闭实验箱电源，按图3接线，接入负载电阻R L，重复上述实验，记录相关数据。

表1实验数据

五•实验前准备工作及实验注意事项（实验前必须认真阅读并完成相关内容）

1 •根据图2,计算理论截止频率f c= _____________ ，并按表1的f/f c关系，填写待测点的

输入信号频率f。

2•阅读双踪示波器的使用说明，了解其使用方法，思考如何用它测量并计算两信号的相位差，其计算式应为：■- _______________________ 。

3 •复习课本有关滤波器的章节，根据图2,推导出带负载的无源一阶低通滤波器的频率特

性函数公式，幅频特性：_____________________ ，幅频特性：____________________ 4•根据图2,计算无负载和有负载的无源一阶低通滤波器的理论频率特性，填入下表。

f/f c0.050.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.0 1.2 1.5 1.8 f(kHz)

⑵U O(mV)

⑶U O(mV)

©(J

⑸U O(mV)

⑹U O(mV)

©(J

注意：运算放大器同样具有工作截止频率（即最咼不失真工作频

率），在有源滤波器实验中, 提咼输入信号频率，可在示波器上观察

到失真的输出波形，试确定OP07勺工作截止频率。

六.实验报告内容

1. 根据实验数据，

重新设计表格（应包括理论值、实测值的幅频值和相频值），计算各组数

据的理论值与实测值的幅值误差，并在直角坐标纸上分别画出无源滤波器和有源滤波器的理论

频率特性曲线和实测频率特性曲线（幅频曲线和相频曲线）。

2. 从实测值的幅频曲线上找出截止频率，与理论值比较，分析误差产生原因

3. 根据实验结果，简述无源滤波器和有源滤波器的区别

4. 如果要减小有源滤波器实验电路的零漂，电路应如何改动？画出电路，并简要说明有源滤

波器实验电路对直流电源有何要求？。

5. 实验数据是否有异常？若有，试分析原因

6. 本实验的收获和心得，有何建议？

调正正零电

输端源岀

N.

C.

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调负正零输

输端入入