实验五、RC有源滤波器

实验五 RC 有源滤波器

一、实验目的：

掌握低通、高通、带通、带阻等最基本的二阶RC 有源滤波器的原理及应用。 二、实验内容: 1. 一阶低通滤波器

在无源RC 低通滤波器的输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好的隔离开，就构成一个简单的一阶有源RC 低通滤波器，如图5-1所示。由于电压跟随器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，因此其带负载能力很强。

芯片的第三脚与地之间接入一个电阻，使电压跟随器变为一个同相放大器，可算出其传递函数：

A （s ）=

n

vf

i o w s A s V s V /11

)()(+= w n =1/（RC ）称为特征角频率 幅频响应：对于实际的频率来说，上式中的S 可用S=jw 代入，由此得：

A （jw ）=⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=

n vf i o w w j A jw V jw V 1)

()

( w n 就是3dB 截止角频率

图1-1一阶低通滤波器

1.1 所需元件与设备：

传感器实验主板；放大器LM358（1个）；电阻：10K Ω（棕黑黑红）×3； 电容：0.01uF ×1；跳线若干

1.2实验步骤:

（1） 按图5-1接好线路；

（2） 接通电源，Vi 输入交流信号（建议用方波或三角波），在DRVI 中观测输出波形，以及频谱；观测是否实现了低通的功能；

（3） 芯片的第三脚与地之间接入一个10K Ω的电阻，使电压跟随器变为一个同相放大器，重复上述步骤，并观测对信号的放大作用。

2. 二阶低通滤波器

二阶压控电压源低通滤波器电路如图5-2所示。它由两节RC 滤波器和同相放大电路组成，其中同相放大器实际上就是压控电压源，它的电压增益Avf 等于通带电压增益Ao ，即：

Ao=A vf =1+

1

R R f

传递函数：

A （s ）=2

22

0222

n

n n

n n n vf w s Q

w s w A w s Q w s w A ++=

++ 式中w n （1/RC ）为特征角频率，Q=vf

A -31

称为等效品质因素； 幅频响应：s=jw 代入得

A （jw ）=

2

22

2

2

1Q w w w w A n n +⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-

φ（jw ）=2

21/n

n w w Q w w arctg

--

图5-2 二阶压控电压源低通滤波器

2.1 所需元件与设备：

传感器实验主板；放大器LM358（1个）；电阻：10K Ω（棕黑黑红）×2，47 K Ω（黄紫黑红）×2；电容：0.01uF ×2（103）；跳线若干；

2.2实验步骤:

（1） 按图5-2接好线路；

（2）接通电源，Vi 输入交流信号（建议用方波或三角波），在DRVI 中观测输出波形，以及频谱；观测是否实现了低通的功能；并和一阶低通进行比较。

3. 二阶高通滤波器

二阶压控电压源高通滤波器电路如图5-3所示。 传递函数：

A （s ）=2

22

0222n

n n n vf w s Q

w s s A w s Q w s s A ++=

++ 式中w n （1/RC ）为特征角频率，Q=

vf

A -31

称为等效品质因素； 幅频响应：s=jw 代入得

A （jw ）=

Q

j w w s A n

n +--22

2

图5-3 二阶压控电压源高通滤波器

3.1 所需元件与设备：

传感器实验主板；放大器LM358（1个）；电阻：20K Ω（红黑黑红）×2，2K Ω×2（红黑黑棕）；电容：0.01uF ×2（103）；跳线若干；

3.2实验步骤:

（1） 按图5-3接好线路；

（2）接通电源，Vi 输入交流信号（建议用方波或三角波），在DRVI 中观测输出波形，以及频谱；观测是否实现了高通的功能；

4. 带通滤波器

二阶压控电压源带通滤波器电路如图5-4所示。

传递函数：A （s ）=

2

000

11⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++w s Qw s

w s

Q A

式中w 0（1/RC ）为中角频率，Q=vf A -31

称为等效品质因素，A 0=vf

vf A A -3称为带通率波器的通带电压增益；

图5-4 二阶压控电压源带通滤波器

4.1 所需元件与设备：

传感器实验主板；放大器LM358（1个）；电阻：10K Ω（棕黑黑红）×2，20K Ω（红黑黑红）×1，100K Ω（棕黑黑橙）×2；电容：0.01uF ×2（103）；跳线若干；

4.2实验步骤:

（1） 按图5-4接好线路；

（2）接通电源，Vi 输入交流信号（建议用方波或三角波），在DRVI 中观测输出波形，以及频谱；观测是否实现了带通的功能。

5. 带阻滤波器

二阶压控电压源带阻滤波器电路如图5-5所示。

图5-5 二阶压控电压源带阻滤波器

5.1 所需元件与设备：

传感器实验主板；放大器LM358（1个）；电阻：10KΩ（棕黑黑红）×2，4.7KΩ（黄紫黑棕）×2；电容：0.01uF×2（103），0.02uF×1（203）；跳线若干；

5.2实验步骤:

（1）按图5-5接好线路；

（2）接通电源，Vi输入交流信号（建议用方波或三角波），在DRVI中观测输出波形，以及频谱；观测是否实现了带阻的功能。