一、实验目的
1.了解滤波器的原理。
2.了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性。
3.分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性。
4.掌握扫频电源的使用方法（TKSS-C型）。
二、仪器设备
2.双踪示波器。
三、原理说明
滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。 根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）四种。把能够通过的信号频率范围定义为通带，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为阻带。而通带与阻带的分界点的频率ωc称为截止频率或称转折频率。图2.1中的|H(jω)|为通带的电压放大倍数，ω0为中心频率，ωcL和ωcH分别为低端和高端截止频率。
图2.1 四种滤波器的滤波特性
四种滤波器的实验线路如图2.2所示：
(a)无源低通滤波器 (b)有源低通滤波器
图2.2.1
(c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器
图2.2.2
(e)无源带通滤波器 (f)有源带通滤波器
led台灯转轴
图2.2.3
(g)无源带阻滤波器 (h)有源带阻滤波器
图2.2.4
图2.2 各种滤波器的实验线路图
3.图2.3所示，滤波器的频率特性H（jω）（又称为传递函数），它用下式表示
（2-1）
式中A（ω）为滤波器的幅频特性，θ(ω)为滤波器的相频特性。它们都可以通过实验的方法来测量。
＋ ＋
－ －
图2.3 滤波器
四、预习要求
1.为使实验能顺利进行，做到心中有数，课前对教材的相关内容和实验原理、目的与要求、步骤和方法要作充分的预习（并预期实验的结果）。
2.推导各类无源和有源滤波器的频率特性，并据此分别画出滤波器的幅频特性曲线。
3.在方波激励下，预测各类滤波器的响应情况。
五、实验内容及步骤
1.滤波器的输入端接正弦信号发生器或扫频电源，滤波器的输出端接示波器或交流数字毫伏表。
2.测试无源和有源低通滤波器的幅频特性。
（1）测试RC无源低通滤波器的幅频特性。
实验电路如图2.2.1（a）所示。
实验时，必须在保持正弦波信号输入电压（U1）幅值不变的情况下，逐渐改变其频率，用实验箱提供的数字式真有效值交流电压表（10Hz<f＜1MHz），测量RC滤波器输出端电压U2的幅值，并把所测的数据记录表一。注意每当改变信号源频率时，都必须观测一下输入信号使之保持不变。实验时应接入双踪示波器，分别观测输入和输出的波形（注意：在整个实验过程中应保持恒定不变）。
表一：
F(Hz) | | ω0=1/RC (rad/s) | f0=ω0/2π (Hz) |
U1(V) | |
U2(V) | | | |
| | | |
（2）测试RC有源低通滤器的幅频特性
实验电路如图2.2.1（b）所示。
取R＝1K、C＝0.01uF、放大系数K＝1。测试方法用（1）中相同的方法进行实验操作，并将实验数据记入表二中。
表二：
莫氏变径套
F(Hz) | | ω0=1/RC (rad/s) | 蜂巢发动机f0=ω0/2π (Hz) |
U1(V) | |
U2(V) | | | |
| | | |
3.分别测试无源、有源HPF、BPF、BEF的幅频特性。
实验步骤、数据记录表格及实验内容，自行拟定。
4.研究各滤波器对方波信号或其它非正弦信号输入的响应（选做，实验步骤自拟）。
六、思考题
1.试比较有源滤波器和无源滤波器各自的优缺点。
2.各类滤波器参数的改变，对滤波器特性有何影响。
七、注意事项
1.在实验测量过程中，必须始终保持正弦波信号源的输出（即滤波器的输入）电压U1幅值不变，且输入信号幅度不宜过小也不宜过大（一般2V-3V之间）。
中波塔2.在进行有源滤波器实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。
3.用扫频电源作为激励时，可很快得出实验结果，但必须熟读扫频电源的操作和使用说明。
八、实验报告
1.根据实验测量所得的数据，绘制各类滤波器的幅频特性。对于同类型的无源和有源滤波器幅频特性，要求绘制在同一坐标纸上，以便比较。计算出各自特征频率、截止频率和通频带。
2.比较分析各类无源和有源滤波器的滤波特性。
3.分析在方波信号激励下，滤波器的响应情况（选做）。无线报警系统
4.写出本实验的心得体会及意见。
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