有源滤波器实验

东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：      模拟电子电路实验                     

第八次实验

实验名称：      有源滤波器实验                                                                   

院（系）：仪器科学与工程学院专   业：                       

姓    名：                 学    号：           

实 验 室:                  实验组别：                    

同组人员：                 实验时间：            

评定成绩：                 审阅教师：                     

一、实验目的：

1、掌握由运算放大器组成的 RC 有源滤波器的工作原理

2、熟练掌握 RC 有源滤波器的工程设计方法

3、掌握滤波器基本参数的测量方法

4、进一步熟悉 MultiSim 软件高级分析功能的使用方法

二、设计提示：

1、有源滤波器设计中选择运算放大器主要考虑带宽、增益范围、噪声、动态范围这四个参

数。

(I) 带宽：当为滤波器选择运算放大器时，一个通用的规则就是确保它具有所希望滤波

器频率10 倍以上带宽，最好是20 倍的带宽。如果设计一个高通滤波器，则要确保

运算放大器的带宽满足所有信号通过。

(II) 增益范围：有源滤波器设计需要有一定的增益。如果所选择的运算放大器是一个电

压反馈型的放大器，使用较大的增益将会导致其带宽低於预期的最大带宽，并会在

最差的情况下振荡。对一个电流反馈型运算放大器来说，增益取的不合适将被迫使

用对於实际应用来说太小或太大的电阻。

(III) 噪声：运算放大器的输入电压和输入电流的噪声将影响滤波器输出端的噪声。在噪

声为主要考虑因素的应用里，你需要计算这些影响（以及电路中的电阻所产生热噪

声的影响）以确定所有这些噪声的叠加是否处在有源滤波器可接受的范围内。

(IV) 动态范围：在具有高Q 值的滤波器里面，中间信号有可能大於输入信号或者大於输

出信号。对操作恰当的滤波器来说，所有的这些信号必须能够通过而无出现削波或

过度失真的情况

2、目前已经有很多专业的有源滤波器设计软件如：德州仪器的Filter Pro、国家半导体

WEBENCH® 中的Active Filter Designer、Nuhertz Technologies 的Filter Solutions 等。这些

软件可以根据您的设计指标要求很快的算出电路参数，很大程度上节省了开发周期。

三、预习思考：

1、设计一个低通滤波器，截止频率 ,Q 值为0.7，不低于 30dB/10 倍频。,出电路图，计算各元件参数。所有的电阻和电容值必须采用标称值代替计算值。

（1） 计算过程：

根据设计要求：截止频率,利用公式有：

根据现有元件的标称值，选择

使得逼近计算值。

当时，

由，得到

取,使得逼近计算值。

（2）电路设计图：

2、设计个高通滤波器，截止频率，时的衰减速不低于 12dB。画出电路图，计算各元件参数。所有的电阻和电容值必须采用标称值代替计算值。

（1） 计算过程：

根据设计要求：截止频率 ,利用公式有：

由于Q的取值不变， 的选取，通带增益  与上题一样。

当时,

由，得到

取,使得逼近计算值。

（2） 电路设计与MultiSim 模拟：

3、用 Multisim 软件完成低通滤波器、高通滤波器。

Multisim 仿真结果：

(1) 低通滤波器

1）幅频特性曲线：带内增益为3.9076dB ,即A=1.57

2）由图可看出截止频率测得为2kHz：

3）在幅频特性曲线上找到4KHZ 和8KHZ 所对应分贝数，满足衰减速率大于30dB/十倍频。

(2)高通滤波器

1) 截止频率测得为 500Hz

2) 时的幅度衰减速率大于 12dB/十倍频

四、必做实验

1、实物搭接电路，测量和记录带内增益、截止频率和带外衰减速率，画出幅频特性曲线。

A、低通滤波器

 (1)数据测量与记录：

幅频特性曲线如下：

(2) 测得的截止频率为 2KHz，符合题意。

(3) 带内增益为 3.96.

(4) 当频率f=4k和f=8k时，带外衰减速率都大于 30dB/十倍频。

B、高通滤波器

(1)数据测量与记录：

幅频特性曲线如下：

(2) 测得的截止频率为 480Hz，有一定误差。

(3) 带内增益为 3.96.

(4) 的幅度衰减速率大于 12dB/十倍频。

五、思考题

1、试分析集成运放有限的输入阻抗对滤波器性能是否有影响？

答：有影响。运放的输入阻抗越大越好。

2、BEF（二阶带组）和BPF（二阶带通）是否像HPF 和LPF 一样具有对偶关系？若将BPF 中

起滤波作用的电阻与电容的位置互换，能得到BEF 吗？

答：当LPF 的通带截止频率高于HPF 的通带截止频率时，将LPF 与HPF 相串联，

就构成了BPF，而LPF 与HPF 并联，就构成BEF。

3.传感器加到精密放大电路的信号频率范围是400Hz±10Hz,经过放大后发现输出波形含有

一定程度的噪声和50Hz 的干扰。试问：应引入什么形式的滤波电路以改善噪声比？

答：带通滤波器。中心频率为400hz 左右，能很好的滤出所需信号，去除噪声。

 

第二篇：RC有源带通滤波器

RC有源带通滤波器的设计

    滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。

    用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。

一．技术指标

总增益为1；

通带频率范围为300Hz—3000Hz，通带内允许的最大波动为-1db—+1db；

阻带边缘频率范围为225Hz和4000Hz、阻带内最小衰减为20db；

二．设计过程

1．采用低通-高通级联实现带通滤波器；

将带通滤波器的技术指标分成低通滤波器和高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器和高通滤波器，再级联即得带通滤波器。古

低通滤波器的技术指标为：

高通滤波器的技术指标为：

2．选用切比雪夫逼近方式计算阶数

(1). 低通滤波器阶数N1

(2). 高通滤波器阶数N2

3．求滤波器的传递函数

1). 根据N1查表求出归一化低通滤波器传递函数HLP(s’)，去归一化得

2). 根据N2查表求出归一化高通滤波器传递函数HHP(s’)，去归一化得

4．选择电路结构并计算R、C元件值

滤波器的总阶数由一阶电路与二阶电路级联来实现。例如N1=5，则可用一节一阶的低通滤波器和二节的二阶低通电路来级联组成5阶的低通滤波器。

1). 一阶电路选用VCVS电路结构

一阶低通的元件参数计算：、

一阶高通的元件参数计算：、


2). 二阶电路仍选用VCVS电路结构

二阶低通的元件参数计算：；二阶高通的元件参数计算：


三、电路实现和特性测试：

    有源器件选用通用集成运放741和1458就可以了，用相近的R、C标称值替代计算值。若计算值的某一滤波节的电阻或电容值难以实现，那么可将该节电路的所有电阻值除以某一常数，同时，所有的电容值乘以该常数，此滤波器的特性不变。

    计算出的N1若为偶数，则二阶低通滤波器的节数为NL=N1/2，否则为(N1-1)/2节二阶低通加一节一阶低通滤波器，同理可计算出高通滤波器的节数。将每一节滤波器调整正常后，级联在一起构成带通滤波器，测试幅频特性。

    实验参数的实际选定结果：

五阶带通滤波器的构成：一阶的低通滤波器和两个二阶的低通滤波器构成五阶的低通滤波器级联上一阶的高通滤波器与两个二阶的高通滤波器构成的五阶的高通滤波器。它们的参数分别如下图所示：

一阶低通滤波器：R=8KΩ，C=30pF

二阶低通滤波器：R=1.67KΩ,C1=3μF,C2=1pF

一阶高通滤波器：R=11KΩ，C=300pF

二阶高通滤波器：R1=556Ω,R2=222KΩ,C=300Pf


精度为5％的碳膜电阻，以欧姆为单位的标称值： 1.0    5.6    33     160     820      3.9K     20K     100K     510K     2.7M
1.1    6.2    36     180     910      4.3K     22K     110K     560K     3M
1.2    6.8    39     200     1K       4.7K     24K     120K     620K     3.3M
1.3    7.5    43     220     1.1K     5.1K     27K     130K     680K     3.6M
1.5    8.2    47     240     1.2K     5.6K     30K     150K     750K     3.9M
1.6    9.1    51     270     1.3K     6.2K     33K     160K     820K     4.3M
1.8    10     56     300     1.5K     6.6K     36K     180K     910K     4.7M
2.0    11     62     330     1.6K     7.5K     39K     200K     1M       5.1M
2.2    12     68     360     1.8K     8.2K     43K     220K     1.1M     5.6M
2.4    13     75     390     2K       9.1K     47K     240K     1.2M     6.2M
2.7    15     82     430     2.2K     10K      51K     270K     1.3M     6.8M
3.0    16     91     470     2.4K     11K      56K     300K     1.5M     7.5M
3.3    18     100    510     2.7K     12K      62K     330K     1.6M     8.2M
3.6    20     110    560     3K       13K      68K     360K     1.8M     9.1M
3.9    22     120    620     3.2K     15K      75K     390K     2M       10M
4.3    24     130    680     3.3K     16K      82K     430K     2.2M     15M
4.7    27     150    750     3.6K     18K      91K     470K     2.4M     22M
5.1    30    


精度为1％的金属膜电阻，以欧姆为单位的标称值： 10      33      100    332    1K       3.32K    10.5K    34K      107K    357K
10.2    33.2    102    340    1.02K    3.4K     10.7K    34.8K    110K    360K
10.5    34      105    348    1.05K    3.48K    11K      35.7K    113K    365K
10.7    34.8    107    350    1.07K    3.57K    11.3K    36K      115K    374K
11      35.7    110    357    1.1K     3.6K     11.5K    36.5K    118K    383K
11.3    36      113    360    1.13K    3.65K    11.8K    37.4K    120K    390K
11.5    36.5    115    365    1.15K    3.74K    12K      38.3K    121K    392K
11.8    37.4    118    374    1.18K    3.83K    12.1K    39K      124K    402K
12      38.3    120    383    1.2K     3.9K     12.4K    39.2K    127K    412K
12.1    39      121    390    1.21K    3.92K    12.7K    40.2K    130K    422K
12.4    39.2    124    392    1.24K    4.02K    13K      41.2K    133K    430K
12.7    40.2    127    402    1.27K    4.12K    13.3K    42.2K    137K    432K
13      41.2    130    412    1.3K     4.22K    13.7K    43K      140K    442K
13.3    42.2    133    422    1.33K    4.32K    14K      43.2K    143K    453K
13.7    43      137    430    1.37K    4.42K    14.3K    44.2K    147K    464K
14      43.2    140    432    1.4K     4.53K    14.7K    45.3K    150K    470K
14.3    44.2    143    442    1.43K    4.64K    15K      46.4K    154K    475K
14.7    45.3    147    453    1.47K    4.7K     15.4K    47K      158K    487K
15      46.4    150    464    1.5K     4.75K    15.8K    47.5K    160K    499K
15.4    47      154    470    1.54K    4.87K    16K      48.7K    162K    511K
15.8    47.5    158    475    1.58K    4.99K    16.2K    49.9K    165K    523K
16      48.7    160    487    1.6K     5.1K     16.5K    51K      169K    536K
16.2    49.9    162    499    1.62K    5.11K    16.9K    51.1K    174K    549K
16.5    51      165    510    1.65K    5.23K    17.4K    52.3K    178K    560K
16.9    51.1    169    511    1.69K    5.36K    17.8K    53.6K    180K    562K
17.4    52.3    174    523    1.74K    5.49K    18K      54.9K    182K    576K
17.8    53.6    178    536    1.78K    5.6K     18.2K    56K      187K    590K
18      54.9    180    549    1.8K     5.62K    18.7K    56.2K    191K    604K
18.2    56      182    560    1.82K    5.76K    19.1K    57.6K    196K    619K
18.7    56.2    187    562    1.87K    5.9K     19.6K    59K      200K    620K
19.1    57.6    191    565    1.91K    6.04K    20K      60.4K    205K    634K
19.6    59      196    578    1.96K    6.19K    20.5K    61.9K    210K    649K
20      60.4    200    590    2K       6.2K     21K      62K      215K    665K
20.5    61.9    205    604    2.05K    6.34K    21.5K    63.4K    220K    680K
21      62      210    619    2.1K     6.49K    22K      64.9K    221K    681K
21.5    63.4    215    620    2.15K    6.65K    22.1K    66.5K    226K    698K
22      64.9    220    634    2.2K     6.8K     22.6K    68K      232K    715K
22.1    66.5    221    649    2.21K    6.81K    23.2K    68.1K    237K    732K
22.6    68      226    665    2.26K    6.98K    23.7K    69.8K    240K    750K
23.2    68.1    232    680    2.32K    7.15K    24K      71.5K    243K    768K
23.7    69.8    237    681    2.37     7.32K    24.3K    73.2K    249K    787K
24      71.5    240    698    2.4K     7.5K     24.9K    75K      255K    806K
24.3    73.2    243    715    2.43K    7.68K    25.5K    76.8K    261K    820K
24.7    75      249    732    2.49K    7.87K    26.1K    78.7K    267K    825K
24.9    75.5    255    750    2.55K    8.06K    26.7K    80.6K    270K    845K
25.5    76.8    261    768    2.61K    8.2K     27K      82K      274K    866K
26.1    78.7    267    787    2.67K    8.25K    27.4K    82.5K    280K    887K
26.7    80.6    270    806    2.7K     8.45K    28K      84.5K    287K    909K
27      82      274    820    2.74K    8.66K    28.7K    86.6K    294K    910K
27.4    82.5    280    825    2.8K     8.8K     29.4K    88.7K    300K    931K
28      84.5    287    845    2.87K    8.87K    30K      90.9K    301K    953K
28.7    86.6    294    866    2.94K    9.09K    30.1K    91K      309K    976K
29.4    88.7    300    887    3.0K     9.1K     30.9K    93.1K    316K    1.0M
30      90.9    301    909    3.01K    9.31K    31.6K    95.3K    324K    1.5M
30.1    91      309    910    3.09K    9.53K    32.4K    97.6K    330K    2.2M
30.9    93.1    316    931    3.16K    9.76K    33K      100K     332K    
31.6    95.3    324    953    3.24K    10K      33.2K    102K     340K    
32.4    97.6    330    976    3.3K     10.2K    33.6K    105K     348K    

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