何建瑩，屠 華

(浙江海洋學院，浙江舟山 316000)

濾波器是一種選頻電路，它能選出有用的信號，而抑制無用的信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。按選通頻率范圍的不同，濾波器可分為低通、高通、帶通及帶阻等類型。因為運算放大器是有源元件，所以由它組成的這種濾波器稱為有源濾波器［1］。

按濾波器階數(shù)不同可分為一階和高階，階數(shù)越高，幅頻特性越陡峭。高階濾波器通?？捎梢浑A和二階濾波器級聯(lián)而成。采用集成運放構(gòu)成RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調(diào)等特點［2］。

1 實驗原理

低通:一階有源低通濾波電路是一個一級RC低通電路的輸出端再加上一個電壓跟隨器，使之與負載很好的隔離開來。由于電壓跟隨器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，因此，其帶負載的能力得到了加強。若要求此電路不僅有濾波功能，并且可以起到電壓放大作用，則只需要將電路中的電壓跟隨器改為同相比例放大電路即可［3-6］。

1.1 有源低通濾波器

有源低通濾波器原理及實驗，如圖1～2所示。

圖1 有源低通濾波器原理圖

圖2 有源低通濾波器實驗圖

有源低通濾波器各參數(shù)的關(guān)系如下:

根據(jù)同相比例運算電路得出

截止角頻率

n階巴特沃思傳遞函數(shù):

傳遞函數(shù):

其模為

輻角為

1.2 有源高通濾波器

有源高通濾波器原理及實驗如圖3～4所示。

圖3 有源高通濾波器原理圖

圖4 有源高通濾波器實驗圖

有源高通濾波器各參數(shù)的關(guān)系如下:

根據(jù)同相比例運算電路得出:

截止角頻率

傳遞函數(shù):

其模為

輻角為

2 調(diào)試方案設(shè)計

2.1 實驗儀器

FB715型設(shè)計性物理實驗裝置、示波器GOS-6021、運算放大器LF353P、導(dǎo)線若干。低通:兩個1 kΩ電阻、一個0.1μF電容、兩個電位器。高通:100Ω 、200Ω、1 kΩ 電阻各一個、一個0.1μF電容。

2.2 調(diào)試步驟

(1)按低通電路原理圖將電路圖連接好;

(2)分別將輸入端與輸出端接入示波器中;

(3)調(diào)節(jié)輸入端電壓的頻率并記錄下不同頻率下的輸出端電壓峰峰值;

(4)按高通電路原理圖將電路圖連接好，重復(fù)上述步驟即可。

3 實驗數(shù)據(jù)圖表

3.1 有源低通濾波器

有源低通濾波器數(shù)據(jù)見表1，幅頻特性見圖5。

表1 數(shù)據(jù)表

圖5 有源低通濾波器幅頻特性

3.2 有源高通濾波器

有源高通濾波器數(shù)據(jù)見表2，幅頻特性見圖6。

表2 數(shù)據(jù)表

圖6 有源高通濾波器幅頻特性

4 結(jié) 論

由有源濾波器的幅頻特性可知，有源濾波的幅頻特性比較陡峭，且不同的濾波器對于信號有不同的作用，低通濾波器具有使低頻信號較易通過而抑制較高頻率信號的作用;高通濾波器具有使高頻信號較易通過而抑制較低頻率信號的作用。具有很強的實用性。

5 結(jié)束語

濾波器是一種使有用信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置［7］，有源濾波器可以提高配電網(wǎng)供電可靠性及電能質(zhì)量，同時利用有源濾波技術(shù)對配電網(wǎng)進行綜合電能質(zhì)量補償也會帶來顯著的經(jīng)濟效益。目前，有源濾波技術(shù)已在美、日等少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家得到了廣泛應(yīng)用［8］。

［1］秦增煌.電工學簡明教程［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［2］桂靜宜.源低通電路的設(shè)計與分析［J］.電子科技，2010，23(10).

［3］楊黎.有源低通濾波器［Z］.2012.11.

［4］康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分［M］.5版，北京:高等教育出版社，2006.

［5］習大力.巧設(shè)串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電源過載保護新形式［J］.大學物理實驗，2013(3):18-19.

［6］譚少軒，李平舟.激光多普勒測速實驗的研究分析［J］.大學物理實驗，2012(2):38-41.

［7］楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程［M］.2版，北京:高等教育出版社，2005.

［8］胡銘，陳珩.有源濾波技術(shù)及應(yīng)用［Z］.2007.05.29.