信號分析處理實(shí)驗(yàn)有源濾波器

專業(yè)：________________姓名：________________學(xué)號：________________專業(yè)：________________姓名：________________學(xué)號：________________日期：________________地點(diǎn)：________________課程名稱：__信號分析處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：成績：實(shí)驗(yàn)名稱：有源濾波器實(shí)驗(yàn)類型：________________同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿? 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解有源濾波器的種類、基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其特性。2、學(xué)會測量有源濾波器的幅頻特性。二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理內(nèi)容：1、濾波器的輸入端接正弦信號發(fā)生器，濾波器的輸出端接示波器或交流數(shù)字毫伏表。2、測試有源低通濾波器的幅頻特性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須在保持正弦信號輸入電壓幅值不變的情況下，逐漸改變其頻率，用實(shí)驗(yàn)箱提供的數(shù)字式有效值交流電壓表（10Hz<f<1MHz），測量濾波器輸出端電壓的幅值，并把所測的數(shù)據(jù)記錄表2-7-1。注意每當(dāng)改變信號源頻率時(shí)，都必須觀測輸入信號使之保持不變。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)接入雙蹤示波器，分別觀測輸入和輸出的波形（注意：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)保持恒定不變）。取R＝1K、C＝0.01uF、放大系數(shù)K＝1。3、分別測試有源HPF、BPF、BEF的幅頻特性。實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄表格及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自行擬定。4、研究各濾波器對方波信號或其它非正弦信號輸入的響應(yīng)（實(shí)驗(yàn)步驟自擬）。原理：1，濾波器分為：低通濾波器，高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。濾波器可以根據(jù)使用電阻電容等硬件構(gòu)成濾波電路，可以求出其過渡方程，如，為本實(shí)驗(yàn)中的低通的濾波器，所以可以得到其頻率特性。2，方波信號根據(jù)傅里葉級數(shù)展開可以看成是不同頻率成分的正弦波的疊加和，所以方波信號的分析實(shí)質(zhì)上可以轉(zhuǎn)化成不同頻率成分的正弦波的分析，所以可以用濾波器來分析其特性。三，實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備1、Dais－XTB信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀。一臺2、雙蹤示波器一臺3、函數(shù)發(fā)生器一臺四，實(shí)驗(yàn)電路圖和操作步驟（a）有源低通濾波器（b）有源高通濾波器（c）有源帶通濾波器（d）有源帶阻濾波器步驟：按如圖電路圖連好電路，然后輸入正弦波信號，改變信號的頻率，使信號的輸入的幅值保持為1V,然后用交流毫伏表記錄輸出信號的幅值。將輸入信號改為方波信號，用示波器檢測不同頻率的信號輸出，用交流毫伏表檢測幅值。五，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及其處理低通濾波器的幅頻特性頻率（hz）輸出幅值（V）16150.98936520.94560720.86379150.788100560.699117070.630151120.508207120.355256610.264953050.023高通濾波器的幅頻特性頻率（hz）輸出幅值（V）56880.110100030.273146020.437182060.539244100.663266950.696270460.701274220.706278960.712334920.767500390.8531005660.9154296230.931帶通濾波器的幅頻特性頻率（hz）幅值（V）50620.69651320.70656890.79161900.87069950.99979851.16493181.386108461.625147121.950194191.736218371.556253771.323294771.116375760.850444890.707605470.5132766430.145帶阻濾波器的幅頻特性頻率（hz）幅值（V）27730.93558020.71759440.70671090.611103980.345153750.160209870.267343620.594465670.709517230.7461289220.8633068780.9122，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，用matlab畫出各種濾波器的幅頻特性曲線低通 高通帶通 帶阻3，方波信號的濾波器的檢測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保持輸入信號的幅值為1V，分別通過低通濾波器和高通濾波器，檢測其頻率特性。低通濾波器頻率（hz）幅值(V)10000.965252230.2411000000.044高通濾波器頻率（hz）幅值(V)14040.147252450.7161842000.930\高通：六，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1,根據(jù)低通濾波器的傳遞函數(shù)，它的截止頻率,計(jì)算的理論值應(yīng)w=100000rad/s，f=w/2pi=15923hz由實(shí)驗(yàn)測得的值為10056hz左右，與理論值誤差較大，當(dāng)頻率逐漸增大的過程中，其幅值逐漸減小，幅值為關(guān)于w的單調(diào)遞減函數(shù)。2，二階高通濾波器，計(jì)算得到的理論截止頻率應(yīng)為100000rad/s,f=15923hz，但是實(shí)際測出的截止頻率約為27422hz,與理論值也有誤差存在。3，二階帶通濾波器，通過理論推導(dǎo)得到帶通濾波器的傳數(shù)：，將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得到的k=2，計(jì)算得到的理論的中心頻率為15923hz，實(shí)際測得的中心頻率為14712hz，其幅頻特性是類似n型曲線，只有中間某一頻帶才為通頻帶。4，二階帶阻濾波器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得其k=0，理論中心頻率為1/RC/2PI=15923HZ，實(shí)際測得的中心頻率為15375hz，與理論值接近。其幅頻特性為u型，只有在某一頻帶內(nèi)，信號被衰減。方波信號通過濾波器的測試分析：低通濾波器的截止頻率為10056hz，現(xiàn)在方波信號的頻率為1000hz的時(shí)候，由于經(jīng)過傅里葉級數(shù)展開，我們知道方波是由正弦基波，直流分量和諧波組成的。1000hz的時(shí)候基波和大部分的諧波均可通過，所以得到的輸出信號也是接近方波信號，幅值幾乎不衰減；當(dāng)頻率為25223hz的時(shí)候由于低通濾波為10056hz，所以即是基波頻率也被衰減，但是由于這不是理想濾波器，所以還是有輸出，、只是各不同次諧波和基波均以不同的幅值被衰減，所以得到的輸出信號為不規(guī)則的波信號，幅值大大被衰減；當(dāng)方波頻率為100000hz時(shí)，其基波也已經(jīng)接近幅值為0了，所以其他各次諧波更是被衰減。所以得到的輸出波形幾乎是為0的直線。幅值也幾乎為0.高通濾波器的截止頻率為27422hz，所以當(dāng)方波信號為1404hz時(shí)只有很高次的的諧波才能通過，像基波是被嚴(yán)重衰減，而方波里面主要幅值是由基波和低次諧波決定的，所以此時(shí)的幅值幾乎為0，輸出信號接近為0的直線；當(dāng)方波信號的頻率為25245hZ時(shí)基波成分基本不衰減，諧波成分被衰減，所以得到的輸出波形不再是方波，由于基波幾乎不怎么被衰減，而方波的幅值主要由基波和低次諧波決定，所以其幅值為0.716，衰減不是很嚴(yán)重；當(dāng)頻率為184200hz時(shí)，幾乎所有的頻率都不被衰減，得到的輸出波形接近方波，其幅值為0.93v幾乎不衰減。而方波信號的低通和高通都分析過了，至于帶通等情況可以看成是兩個(gè)低通和高通的組合的濾波系統(tǒng)，所以我們可以得到濾波器對方波的作用。七，實(shí)驗(yàn)心得體會1，對于信號分析處理實(shí)驗(yàn)，主要是課堂學(xué)過理論的一些實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)前得先把其原理分析清楚，而對原理有疑問的地方可以通過實(shí)驗(yàn)得到解釋論證。2，信號實(shí)驗(yàn)就像理論課里面講的一樣，許多都是可以通過硬件和軟件實(shí)驗(yàn)結(jié)合的，所以當(dāng)用軟件仿真得到的結(jié)果并不一定是實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。3，實(shí)驗(yàn)的理論值和實(shí)驗(yàn)實(shí)測值很可能是不一樣的，這才是實(shí)驗(yàn)的意義所在，所以當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)與理論值不同的結(jié)果時(shí)，要善于分析原因，可能受到儀器等多種因素的干擾。八，思考題試比較有源濾波器和無源濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)。答：有源濾波器由有源元件如運(yùn)算放大器組成，而無源濾波器則是由無源元件如電阻電容組成，有源濾波器的性能好，易于集成化，但是有源濾波器需要工作電壓，使用不如無源濾波器簡便。2、各類濾波器參