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实验十五

上海科学技术职业学院. 实验十五. 有源滤波器的性能测试. 1. 实验目的 2. 实验原理 3. 实验仪器 4. 实验内容 5. 思考题 6. 实验后整理图 7. 答案. 上海科学技术职业学院. 返回. 实验目的. 1. 了解集成运放在有源滤波器中的应 用。 2. 熟悉有源滤波器的设计过程。 3. 通过对有源滤波器的制作与调试， 熟悉有源滤波器幅频特性的测试方 法。. 上海科学技术职业学院. 返回. 实验原理. 滤波器是一种能使有用频率信号通过（称为通带）而 对无用频率范围的信号实现有效地抑制（称为阻带）的电

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  1. 上海科学技术职业学院 实验十五 有源滤波器的性能测试 1.实验目的 2.实验原理 3.实验仪器 4.实验内容 5.思考题 6.实验后整理图 7.答案

  2. 上海科学技术职业学院 返回 实验目的 1.了解集成运放在有源滤波器中的应 用。 2.熟悉有源滤波器的设计过程。 3.通过对有源滤波器的制作与调试， 熟悉有源滤波器幅频特性的测试方 法。

  3. 上海科学技术职业学院 返回 实验原理 滤波器是一种能使有用频率信号通过（称为通带）而 对无用频率范围的信号实现有效地抑制（称为阻带）的电 路。它的种类很多，人们常以能够通过或被抑制信号的频 率范围来对滤波器命名，如：低通、高通、带通、带阻 等。由集成运祘放大器和简单的RC网络可构成各种性能的 滤波器，这即是有源滤波器，由于有源滤波器不用电感， 体积小、重量轻、通带频率和品质因数容易控制等优点而 得到广泛地应用，同时还具有易级联、有增益，使之与具 体的电路连接相当方便。实际应用中为使处于滤波器阻带 范围内的信号有较快的衰减，常采用高阶滤波器，最典型 的即是二阶滤波器，这种滤波器在通带外有40dB/十倍频 程的衰减速度。如再要获得更快的衰减，则可多个滤波器 级联，组成更高阶数的滤波器。

  4. 上海科学技术职业学院 返回 本次实验组建的为压控电压源型二阶滤波器，它由施加深度负反馈的运算放大器与RC网络组合而构成，线路简单。电路模型如图15-1所示。只要 对图中Y1、Y2、Y3和Y4选取不同的导纳参数，即可获得低通、高通、带通、带阻等不同形式的传递函数。当Y1=Y3=R，Y2=Y4=SC；电路就构成了二阶有源低通滤波器，当Y1=Y3= SC，Y2=Y4= R；电路就构成了二阶有源高通滤波器。所构成滤波器 转折频率：f c=1/（2πRC） 回路品质因数：Q=1/（3-Auf） 式中：Auf=1+Rf/R1 。 从上面滤波器转折频率的计算式可知，R1和Rf并未对滤波器的频率特性产生影响，但却影响了回路品质因数 Q值，我们希望 Q值近似等于0.707，则此时滤波器的带内幅频特性最为平坦，故又称Q=0.707时的滤波器为带内最大平坦响应滤波器（也称巴特沃斯滤波器）。.

  5. 实验仪器 1．YB1719双路直流稳压电源 2．EE1643函数信号发生器 3．YB4325双踪示波器 4．MF-50型万用表（自制） 5．电路实验板 6．接线与元器件若干 :(材料清单如下) 一.电阻：5.1K×2，10K×2，51K，30K 二.电容：2.2μf×2，0.01 μf×2 三.集成块：LM741

  6. 上海科学技术职业学院 返回 实验内容 1.有源低通滤波器的特性测试 (调节输入端电压Uipp使输出电压Uopp=10V并保持不 变)此时，(Uipp=6.3V（窗口显示值为5.9Vp-p） (1)理论计算图15-2所示电路的转折频率。 (2)在电路实验板上组建如图15-2所示的电路。 (3)将EE1643信号发生器的信号输出幅度调整为1VPP （窗口显示值），并将输出信号连接到滤波器的输入 端，用YB4325双踪示波器的两个探头分别监视滤波器 的输入输出端。

  7. 上海科学技术职业学院 返回 (4)对接好的电路检查，无误后可打开电源。 (5)调整示波器，测量此滤波器输入输出信号的幅度，计算出此滤波器的电压增益。 (6)调节EE1643信号发生器的输出频率，对此滤波器的幅频特性进行测试。测试数据请列表记录，并根据数据定量描绘出此滤波器的波特图，（注：在转折频率附近测量的点数应足够，通带内和通带外测量的点数则可少。但测量的总点数不得少于8-10点。

  8. 上海科学技术职业学院 返回 低通：Uipp=5.7V（使输出电压为10V时的输入电压） fi=1KHz fH:电压为7V时的频率

  9. 上海科学技术职业学院 返回 2.有源高通滤波器的特性测试 (1)理论计算图15-3所示电路的转折频率。 (2)在电路实验板上组建如图15-3所示的电 路。 (3)重复有源低通滤波器的特性测试中（3）（4）（5）（6）的测量内容。 将图15-3电路的输入端接到图15-2电路的输出端，将构成带通滤波器，请参照前面的测量方法，测量此合并后的滤波器的总频率特性，并画出波特图。

  10. 上海科学技术职业学院 返回 高通：Uipp=5.8V fi=20KHz fL:电压为7V时的频率

  11. 上海科学技术职业学院 返回 3.将图15-3电路的输入端接到图15- 2电路的输出端，将构成带通滤波 器，请参照前面的测量方法，测量 此合并后的滤波器的总频率特性， 并画出波特图。

  12. 上海科学技术职业学院 返回 思考题 1.如果将上述滤波器的R1和Rf 同时加大一倍，滤波器的频率特性将会发生怎样的变化？ 2.本次实验中，如果将图15-3电路和图15-2电路并联（即二输入端接在一起，二输出端接在一起），将获得怎样的结果？具有怎样的频率特性？

  13. 上海科学技术职业学院 返回

  14. 上海科学技术职业学院 返回 低通：Uipp=5.7V（使输出电压为10V时的输入电压） fi=1KHz fH:电压为7V时的频率

  15. 上海科学技术职业学院 返回 高通：Uipp=5.8V fi=20KHz fL:电压为7V时的频率

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  17. 上海科学技术职业学院 返回 注：图中运放LM741的7#为电源+，4#为电源－，3#为输入+，2#为输入－，6#为输出端。

  18. 上海科学技术职业学院 返回 Uopp（v） 实测：fH=7.398K 10 7.07 lgf fH 0

  19. 上海科学技术职业学院 返回 6 5 8 7 LM741 3 4 1 2

  20. 上海科学技术职业学院 返回 Uopp（v） 实测：fL=2.9K 10 7.07 lgf fH 0

  21. 上海科学技术职业学院 返回 30KΩ 51KΩ 10KΩ 10KΩ 2200pF 2200pF

  22. 上海科学技术职业学院 返回 51KΩ 30KΩ 输入端正极 10KΩ 10KΩ 2200pF 2200pF 输入端负极

  23. 上海科学技术职业学院 返回 红 黑 黄

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  26. 上海科学技术职业学院 返回

  27. 上海科学技术职业学院 返回

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  40. 上海科学技术职业学院 返回

  41. 上海科学技术职业学院 返回 51KΩ 30KΩ 0.01μF 0.01μF 输入端正极 5.1KΩ 5.1KΩ 输入端负极

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