生物信号滤波器 — 有源低通滤波及50Hz陷波器

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告

（ 2016 —2017 学年第一学期）

课程名称：生物医学电子学开课实验室：信自111 实验日期：2016-12-28

实验三生物信号滤波器—有源低通滤波及50Hz陷波器

一、实验目的

1、加深对有源低通滤波及50Hz陷波器的认识和理解；

2、认识有源滤波生物信号处理中的意义。

二、实验原理

有源低通滤波通常由RC网络和集运放构成，利用它可以突出有用频率的信号、抑制干扰、噪声，或衰减无用的信号，达到提高信噪比或选频的目的。

三、实验容及步骤

1、一阶低滤波器

图3-1一阶低通滤波器及波特图

由图3-1电路可知，电路的传递函数为

C

SR R R R SC R S H 212

12111

//

)(+-=-

=

记：1

2

0R R H -

=为通带增益，故上式可写做 C

SR H )S (H 20

1+=

考虑到：C

R 201

=

=ωω时，并注意到：S= j ω，则 2

0H

)j (H =ω即下降3个分贝

故一阶低通滤波器的通带截止频率为

C

R f 2021

π=

1）按图3-1接线，用波特图示仪测量通带截止频率、填入表2-1，并绘出其波特图。

表2-1

2）将电路中的理想运放改为LM741，观测并记录其波特图。

图3-2

2、二阶低通滤波器

图3-3 二阶低通滤波器及波特图

由图3-2电路可知，电路中R 2和C 2构成两个反馈支路，其反馈的强弱均与信号的频率有关，图中的运放可以看作无限增益（指理想运放）的放大环节，因此被称为无限增益多路反馈滤波电路。其输出电压与C 1上电位的关系是

)(1

)(12

3S U C SR S U C o -=

据节点（R 1、R 2、R 3、C 1相连接的点）电流法可得

0)

()()()()()(2

1311111=-----R S U S U R S U SC S U R S U S U o C C C C i

解以上两式组成的方程组，可得传递函数如下

3

22123

213221

3

)1

11(1)(R R C C S R R R R R SC R R S H ++++-

=

通带截止频率及Q 值为

0037.027

53f f f p ≈-=

2

132021C C R R f π=

2

321

321)

////(C R R C R R R Q =

1）按图3-2接线，用波特图示仪测量通带截止频率、填入表2-2，并绘出其波特图。

表2-2

2）将电路中的理想运放改为LM741，观测并记录其波特图。

图3-4

3、双T 带阻滤波器（陷波器）

图3-5 双T 带阻滤波器及波特图

用Y —△变换技术，可推导出双

T

网络的传递函数为

2

2

)

(41)(1)(SRC RC S SRC S H +++= 在1/RC=ω0时，H （ω0）=0，即中心频率为

RC

f π21

0=

1）按图3-3接线，用波特图示仪测量中心频率、Q 值，填入表2-3，并绘出其波

特图。

表2-3

2）将电路中的理想运放改为LM741，观测并记录其波特图。

图3-6

四、预习要求及思考题

1、预习一、二阶有源滤波器和双T 带阻滤波器的电路原理；

2、进行有关的推导和计算，并将结果填入记录表中；

3、如何提高双T 带阻滤波器的Q 值？

答：因为Q=1/α，α是阻尼系数，所以通过降低滤波器的阻尼系数可以提高滤波器的品质因数。

4、设计一个40Hz 肌电滤波器。

RC

f π21

0=

=40Hz C=0.1uF R=40K Ω

图3-7 表2-4