无源与有源滤波器频率特性研究

无源与有源滤波器频率特性研究

一、实验目的
1. 了解RC 无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；
2．分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性。
二、实验设备
1．TKSS-D 型 信号与系统实验箱
2．双踪慢扫描示波器1 台
三、实验内容
1．测试无源和有源LPF(低通滤波器)的幅频特性；
2．测试无源和有源HPF(高通滤波器)的幅频特性；
3．测试无源和有源BPF(带通滤波器)的幅频特性；
4．测试无源和有源BEF(带阻滤波器)的幅频特性；
四、实验原理
1．滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通
常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网
络可以由RLC 元件或RC 元件构成的无源滤波器，也可由RC 元件和有源器件构成的有源
滤波器。
根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器
（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、和带阻滤波器（BEF）四种。图4-1 分
别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。

图4-1 四种滤波器的幅频特性

2．四种滤波器的传递函数和实验模拟电路如图4-2 所示：(a)无源低通滤波器 (b)有源低通滤波器 (c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器 (e)无源带通滤波器 (f)有源带通滤波器 (g)无源带阻滤波器 (h)有源带阻滤波器

图4-2 四种滤波器的实验电路
3．滤波器的网络函数H（jω），又称为正弦传递函数，它可用下式表示

式中A(ω)为滤波器的幅频特性，θ(ω)为滤波器的相频特性。它们均可通过实验的方
法来测量。
五、实验步骤
1．用扫频电源和示波器（或交流数字电压表），从总体上先观察各类滤波器的滤波
特性。接线时滤波器的输入口接扫频电源的输出，滤波器的输出口接示波器或交流数字
电压表（扫频电源的使用说明见附录）。
2．测试无源和有源低通滤波器的幅频特性实验线路如图：

实验时，在保持正弦波信号输出电压幅值（Ui）不变的情况下，逐渐改变其输出频率，用示波器或实验台提供的交流数字电压表（f＜200KHz），测量RC滤波器输出端的电压U0。当改变信号源频率时，都应观测一下Ui是否保持稳定，数据如有改变应及时调整。
3．分别测试无源、有源HPF、BPF、BEF 的幅频特性。
注意：对于波滤波器的输入信号幅度不宜过大，对有源滤波器实验一般不要超过5V。
六、实验报告
1．根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线。注意应将同类型的无源和有源滤波器幅频特性绘制在同一坐标平面上，以便比较并计算出特征频率、截止频率和通频带。
2．比较分析各类无源和有源滤器的滤波特性。
七、实验思考题
1．示波器所测滤波器的实际幅频特性与理想幅频特性有何区别？
2．如果要实现LPF、HPF、BPF、BEF 源滤器之间的转换，应如何连接？