無源與有源濾波器頻率特性研究

一、實驗目的
1. 了解RC 無源和有源濾波器的種類、基本結構及其特性；
2．分析和對比無源和有源濾波器的濾波特性。
二、實驗設備
1．TKSS-D 型 信號與系統實驗箱
2．雙蹤慢掃描示波器1 臺
三、實驗內容
1．測試無源和有源LPF(低通濾波器)的幅頻特性；
2．測試無源和有源HPF(高通濾波器)的幅頻特性；
3．測試無源和有源BPF(帶通濾波器)的幅頻特性；
4．測試無源和有源BEF(帶阻濾波器)的幅頻特性；
四、實驗原理
1．濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個二端口網絡，它允許某些頻率（通
常是某個頻率范圍）的信號通過，而其它頻率的信號幅值均要受到衰減或抑制。這些網
絡可以由RLC 元件或RC 元件構成的無源濾波器，也可由RC 元件和有源器件構成的有源
濾波器。
根據幅頻特性所表示的通過或阻止信號頻率范圍的不同，濾波器可分為低通濾波器
（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、和帶阻濾波器（BEF）四種。圖4-1 分
別為四種濾波器的實際幅頻特性的示意圖。

圖4-1 四種濾波器的幅頻特性

2．四種濾波器的傳遞函數和實驗模擬電路如圖4-2 所示：(a)無源低通濾波器 (b)有源低通濾波器 (c) 無源高通濾波器 (d)有源高通濾波器 (e)無源帶通濾波器 (f)有源帶通濾波器 (g)無源帶阻濾波器 (h)有源帶阻濾波器

圖4-2 四種濾波器的實驗電路
3．濾波器的網絡函數H（jω），又稱為正弦傳遞函數，它可用下式表示

式中A(ω)為濾波器的幅頻特性，θ(ω)為濾波器的相頻特性。它們均可通過實驗的方
法來測量。
五、實驗步驟
1．用掃頻電源和示波器（或交流數字電壓表），從總體上先觀察各類濾波器的濾波
特性。接線時濾波器的輸入口接掃頻電源的輸出，濾波器的輸出口接示波器或交流數字
電壓表（掃頻電源的使用說明見附錄）。
2．測試無源和有源低通濾波器的幅頻特性實驗線路如圖：

實驗時，在保持正弦波信號輸出電壓幅值（Ui）不變的情況下，逐漸改變其輸出頻率，用示波器或實驗臺提供的交流數字電壓表（f＜200KHz），測量RC濾波器輸出端的電壓U0。當改變信號源頻率時，都應觀測一下Ui是否保持穩定，數據如有改變應及時調整。
3．分別測試無源、有源HPF、BPF、BEF 的幅頻特性。
注意：對于波濾波器的輸入信號幅度不宜過大，對有源濾波器實驗一般不要超過5V。
六、實驗報告
1．根據實驗測量所得數據，繪制各類濾波器的幅頻特性曲線。注意應將同類型的無源和有源濾波器幅頻特性繪制在同一坐標平面上，以便比較并計算出特征頻率、截止頻率和通頻帶。
2．比較分析各類無源和有源濾器的濾波特性。
七、實驗思考題
1．示波器所測濾波器的實際幅頻特性與理想幅頻特性有何區別？
2．如果要實現LPF、HPF、BPF、BEF 源濾器之間的轉換，應如何連接？