試驗(yàn)九集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用Ⅱ

1、實(shí)驗(yàn)九 集成運(yùn)算放大器的根本應(yīng)用(H)有源濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉用運(yùn)放、電阻和電容組成有源低通濾波、高通濾波和帶通、帶 阻濾波器。2、學(xué)會(huì)測(cè)量有源濾波器的幅頻特性。、實(shí)驗(yàn)原理(a)低通(c)帶通(d)帶阻圖9- 1四種濾波電路的幅頻特性示意圖由RC元件與運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為 RC有源濾波器，其功能是讓一 定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號(hào)。可用在信 息處理、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運(yùn)算放大器頻帶限制，這類濾波 器主要用于低頻范圍。根據(jù)對(duì)頻率范圍的選擇不同，可分為低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)與帶阻(BEF)等四種濾波器，它們的幅頻特性如

2、圖9- 1所示。具有理想幅頻特性的濾波器是很難實(shí)現(xiàn)的，只能用實(shí)際的幅頻特性去逼近 理想的。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾 波器的階數(shù)越高，幅頻特性衰減的速率越快，但 RC網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù) 計(jì)算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。任何高階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。1、低通濾波器(LPF)低通濾波器是用來通過低頻信號(hào)衰減或抑制高頻信號(hào)。如圖9-2 (a)所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級(jí) RC濾波環(huán) 節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容C接至輸出端，弓I入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖9-2 (b)為二階低通濾波器幅頻特性曲線。電路圖(b

3、)頻率特性圖9 2二階低通濾波器電路性能參數(shù)階低通濾波器的通帶增益12tRC截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率13 Aup品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。2 、高通濾波器HPF與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號(hào)，衰減或抑制低頻信號(hào)。只要將圖9 2低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成 二階有源高通濾波器，如圖9 3a所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反， 其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡象關(guān)系，仿照LPH分析方法，不難求得HPF的幅頻特性。URi 5.1K+ 12V9M R K1O0KR WTmHr- cO1Rr 5,1K|>o

4、o+幅頻特性f/fo電路圖b圖9 3二階高通濾波器電路性能參數(shù)AupfoQ各量的函義同二階低通濾波器。圖9 3b為二階高通濾波器的幅頻特性曲線，可見，它與二階低通濾波器的幅頻特性曲線有“鏡像關(guān)系3、帶通濾波器(BPF(a)電路圖(b)幅頻特性圖9-4二階帶通濾波器這種濾波器的作用是只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過，而比通頻 帶下限頻率低和比上限頻率高的信號(hào)均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級(jí)改成高通而成。如 圖9-4 (a)所示。電路性能參數(shù)通帶增益A - R4 Rfupr4rcb中心頻率f。= 11 2 11 2n R2C2 R1R3通帶寬度b"2

5、_ Rf Cr1 r2 r3r/選擇性Q二 B此電路的優(yōu)點(diǎn)是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。4 、帶阻濾波器(BEF如圖9-5 (a)所示，這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻 帶內(nèi)，信號(hào)不能通過(或受到很大衰減或抑制)，而在其余頻率范圍，信號(hào)那么能順利通過在雙T網(wǎng)絡(luò)后加一級(jí)同相比例運(yùn)算電路就構(gòu)成了根本的二階有源BEF200K201g(dB)UII7K2C<1-1>0Q+-20-12Vf/fo-4010+ 12V9ReL60K 電路圖b頻率特性R 2圖9-5二階帶阻濾波器電路性能參數(shù)通帶增益21 R：中心頻率f _1°2tRC帶阻寬度B= 2 (

6、2- Ap) f選擇性Q-2(2 -仏)二、頭驗(yàn)設(shè)備與器件1、 ± 12V直流電源4、交流毫伏表2 、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器5、頻率計(jì)3 、雙蹤示波器6、卩 A741X 1電阻器、電容器假設(shè)干四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、二階低通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖9-2(a)(1) 粗測(cè)：接通土 12V電源。Ui接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，令其輸出為 U = 1V 的正弦波信號(hào)，在濾波器截止頻率附近改變輸入信號(hào)頻率，用示波器或交流毫伏表觀察輸出電壓幅度的變化是否具備低通特性，如不具備，應(yīng)排除電路故障。(2) 在輸出波形不失真的條件下，選取適當(dāng)幅度的正弦輸入信號(hào)，在維 持輸入信號(hào)幅度不變的情況下，逐點(diǎn)改變輸入信號(hào)頻率。測(cè)量輸出電壓，

7、記入 表9-1中，描繪頻率特性曲線。表9- 1f(Hz)UO(v)2、二階高通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖9-3(a)(1) 粗測(cè)：輸入U(xiǎn) = 1V正弦波信號(hào)，在濾波器截止頻率附近改變輸入信 號(hào)頻率，觀察電路是否具備高通特性。(2) 測(cè)繪高通濾波器的幅頻特性曲線，記入表 9-2。表9-2f(Hz)UO(v)3 、帶通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖9-4(a)，測(cè)量其頻率特性。記入表 9-3。(1)實(shí)測(cè)電路的中心頻率fo 以實(shí)測(cè)中心頻率為中心，測(cè)繪電路的幅頻特性表9-3f(Hz)U(v)4 、帶阻濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖9-5(a)所示。(1)實(shí)測(cè)電路的中心頻率fo測(cè)繪電路的幅頻特性，記入表9-4表9-4f(Hz)出v)五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出各電路實(shí)測(cè)的幅頻特性。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算截止頻率、中心頻率，帶寬及品質(zhì)因數(shù)。3、總結(jié)有源濾波