实验二 无源和有源滤波器
一、 实验目的
1.了解滤波器的原理。
2.了解RC 无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性。
3.分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性。
4.掌握扫频电源的使用方法（TKSS-C 型）。 二、仪器设备
1.信号与系统实验箱TKSS －C 型。
2.双踪示波器。 三、原理说明
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（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以由RLC 元件或RC 元件构成的无源滤波器，也可以由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。把能够通过的信号频率范围定义为通带，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为阻带。而通带与阻带的分界点的频率ωc 称为截止频率或称转折频率。图2.1中的|H(j ω)|为通带的电压放大倍数，ω0为中心频率，ωcL 和ωcH 分别为低端和高端截止频率。
图2.1 四种滤波器的滤波特性
四种滤波器的实验线路如图2.2所示：
(a)无源低通滤波器 (b)有源低通滤波器 图2.2.1
(c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器
图2.2.2
(e)无源带通滤波器 (f)有源带通滤波器
图2.2.3
(g)无源带阻滤波器 (h)有源带阻滤波器 图2.2.4
图2.2 各种滤波器的实验线路图
3.图2.3所示，滤波器的频率特性H （jω）（又称为传递函数），它用下式表示 （2-1） 式中A （ω）为滤波器的幅频特性，θ(ω)为滤波器的相频特性。它们都可以通过实验的方法来测量。
＋
＋
－ － 图2.3 滤波器 四、预习要求
滤波器
1
.
U
2
.
U
)
()()(12ωθωω∠==A u
u
j H
1.为使实验能顺利进行，做到心中有数，课前对教材的相关内容和实验原理、目的与要求、步骤和方法要作充分的预习（并预期实验的结果）。
2.推导各类无源和有源滤波器的频率特性，并据此分别画出滤波器的幅频特性曲线。
3.在方波激励下，预测各类滤波器的响应情况。 五、实验内容及步骤
1.滤波器的输入端接正弦信号发生器或扫频电源，滤波器的输出端接示波器或交流数字毫伏表。
2.测试无源和有源低通滤波器的幅频特性。 （1）测试RC 无源低通滤波器的幅频特性。
实验电路如图2.2.1（a ）所示。 实验时，必须在保持正弦波信号输入电压（U 1）幅值不变的情况下，逐渐改变其频率，用实验箱提供的数字式真有效值交流电压表（10Hz实验电路如图2.2.1（b ）所示。
取R ＝1K 、C ＝0.01uF 、放大系数K ＝1。测试方法用（1）中相同的方法进行实验操作，并将实验数据记入表二中。
3.分别测试无源、有源HPF 、BPF 、BEF 的幅频特性。 实验步骤、数据记录表格及实验内容，自行拟定。
4.研究各滤波器对方波信号或其它非正弦信号输入的响应（选做，实验步骤自拟）。 六、思考题
1.试比较有源滤波器和无源滤波器各自的优缺点。
2.各类滤波器参数的改变，对滤波器特性有何影响。 七、注意事项
1.在实验测量过程中，必须始终保持正弦波信号源的输出（即滤波器的输入）电压U 1幅值不变，且输入信号幅度不宜过小也不宜过大（一般2V-3V 之间）。
2.在进行有源滤波器实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。
3.用扫频电源作为激励时，可很快得出实验结果，但必须熟读扫频电源的操作和使用说明。
八、实验报告
1.根据实验测量所得的数据，绘制各类滤波器的幅频特性。对于同类型的无源和有源滤波器幅频特性，要求绘制在同一坐标纸上，以便比较。计算出各自特征频率、截止频率和通频带。
2.比较分析各类无源和有源滤波器的滤波特性。
3.分析在方波信号激励下，滤波器的响应情况（选做）。
4.写出本实验的心得体会及意见。
