何建瑩，屠 華

(浙江海洋學(xué)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(hào)，而抑制無用的信號(hào)，使一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號(hào)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?yàn)檫\(yùn)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(jí)聯(lián)而成。采用集成運(yùn)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(diǎn)［2］。

1 實(shí)驗(yàn)原理

低通:一階有源低通濾波電路是一個(gè)一級(jí)RC低通電路的輸出端再加上一個(gè)電壓跟隨器，使之與負(fù)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(fù)載的能力得到了加強(qiáng)。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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

FB715型設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)裝置、示波器GOS-6021、運(yùn)算放大器LF353P、導(dǎo)線若干。低通:兩個(gè)1 kΩ電阻、一個(gè)0.1μF電容、兩個(gè)電位器。高通:100Ω 、200Ω、1 kΩ 電阻各一個(gè)、一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(duì)于信號(hào)有不同的作用，低通濾波器具有使低頻信號(hào)較易通過而抑制較高頻率信號(hào)的作用;高通濾波器具有使高頻信號(hào)較易通過而抑制較低頻率信號(hào)的作用。具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

5 結(jié)束語

濾波器是一種使有用信號(hào)通過而同時(shí)抑制無用頻率信號(hào)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(shí)利用有源濾波技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行綜合電能質(zhì)量補(bǔ)償也會(huì)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)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(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用［8］。

［1］秦增煌.電工學(xué)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(jì)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(xí)大力.巧設(shè)串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電源過載保護(hù)新形式［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013(3):18-19.

［6］譚少軒，李平舟.激光多普勒測(cè)速實(shí)驗(yàn)的研究分析［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，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.