滤波器实验
有源和无源滤波器实验报告
有源和无源滤波器实验报告1. 引言滤波器是信号处理中常用的工具，用于去除信号中的噪声或选择特定频率范围的信号。
滤波器可以分为有源和无源滤波器两种类型。
有源滤波器使用了一个或多个放大器来增强输入信号的能力，而无源滤波器则不使用放大器来改变信号的幅值。
本实验旨在比较有源和无源滤波器的性能差异，并对其进行测试和评估。
2. 实验目的本实验的目的是通过设计和测试有源和无源滤波器来了解它们的工作原理和性能特点，并对其进行比较。
3. 实验材料•信号发生器•电阻•电容•电感•示波器•多用表•连接线4. 实验步骤4.1 有源低通滤波器设计和测试1.根据所给的电路图，连接有源低通滤波器电路。
2.使用信号发生器产生一个频率为1000Hz的正弦波信号作为输入信号。
3.使用示波器测量输入和输出信号的幅值。
4.记录输入和输出信号的幅值，并计算增益。
5.将信号发生器的频率逐步调整，重复步骤3和4，以获得有源低通滤波器的频率响应曲线。
4.2 无源高通滤波器设计和测试1.根据所给的电路图，连接无源高通滤波器电路。
2.使用信号发生器产生一个频率为1000Hz的正弦波信号作为输入信号。
3.使用示波器测量输入和输出信号的幅值。
4.记录输入和输出信号的幅值，并计算增益。
5.将信号发生器的频率逐步调整，重复步骤3和4，以获得无源高通滤波器的频率响应曲线。
4.3 结果分析与比较1.将有源低通滤波器和无源高通滤波器的频率响应曲线进行比较。
2.分析并比较它们的增益特性、截止频率以及对不同频率信号的响应情况。
5. 实验结果实验结果如下：5.1 有源低通滤波器频率响应曲线在实验中，我们测得有源低通滤波器的频率响应曲线如下图所示：在这里插入有源低通滤波器的频率响应曲线图5.2 无源高通滤波器频率响应曲线在实验中，我们测得无源高通滤波器的频率响应曲线如下图所示：在这里插入无源高通滤波器的频率响应曲线图6. 结论通过对有源低通滤波器和无源高通滤波器的设计和测试，我们得出以下结论：- 有源滤波器能够增强输入信号的能力，具有较高的增益。
实验六用窗函数法设计FIR滤波器分析解析
实验六用窗函数法设计FIR滤波器分析解析一、引言数字滤波器是数字信号处理中的重要组成部分。
滤波器可以用于去除噪声、调整频率响应以及提取感兴趣的信号。
有许多方法可以设计数字滤波器，包括窗函数法、频域法和优化法等。
本实验将重点介绍窗函数法设计FIR滤波器的原理和过程。
二、窗函数法设计FIR滤波器窗函数法是设计FIR滤波器的一种常用方法。
其基本原理是将滤波器的频率响应与理想滤波器的频率响应进行乘积。
理想滤波器的频率响应通常为矩形函数，而窗函数则用于提取有限长度的理想滤波器的频率响应。
窗函数的选择在FIR滤波器的设计中起着重要的作用。
常用的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。
对于每种窗函数，都有不同的特性和性能指标，如主瓣宽度、副瓣抑制比等。
根据不同的应用需求，可以选择合适的窗函数。
窗函数法设计FIR滤波器的具体步骤如下：1.确定滤波器的阶数N。
阶数N决定了滤波器的复杂度，一般情况下，阶数越低，滤波器的简单度越高，但频率响应的近似程度也会降低。
2.确定滤波器的截止频率。
根据应用需求，确定滤波器的截止频率，并选择合适的窗函数。
3.根据窗函数长度和截止频率计算理想滤波器的频率响应。
根据所选窗函数的特性，计算理想滤波器的频率响应。
4.根据理想滤波器的频率响应和窗函数的频率响应，得到所需的FIR滤波器的频率响应。
将理想滤波器的频率响应与窗函数的频率响应进行乘积，即可得到所需滤波器的频率响应。
5.对所得到的频率响应进行逆傅里叶变换，得到时域的滤波器系数。
6.实现滤波器。
利用所得到的滤波器系数，可以通过卷积运算实现滤波器。
三、实验结果与分析本实验以Matlab软件为平台，利用窗函数法设计了一个低通滤波器。
滤波器的阶数为16，截止频率为500Hz，采样频率为1000Hz，选择了汉宁窗。
根据上述步骤，计算得到了所需的滤波器的频率响应和时域的滤波器系数。
利用这些系数，通过卷积运算，实现了滤波器。
为了验证滤波器的性能，将滤波器应用于输入信号，观察输出信号的变化。
(实验二)无源和有源滤波器
（实验二）无源和有源滤波器实验目的：1.了解无源滤波器和有源滤波器的基本原理2.熟练掌握RC、RL、RCL、LPF、HPF、BPF、BSF等滤波器的设计与实现3.通过实验掌握电容和电感的电气特性及其滤波器的设计和制作实验仪器：示波器、信号发生器、电容测试仪、电阻测试仪、电感测试仪实验内容：一、无源滤波器1.RC滤波器（1）低通滤波器：从信号发生器输出的正弦波接到电路的输入端，同时连接示波器探头，把探头分别接到电容器C和电阻R两端，调整信号发生器的频率，观察示波器上正弦波的振幅与频率变化，得到RC滤波器的减频特性曲线。
（2）高通滤波器：同样连接电路并调整信号发生器频率，示波器上高通滤波器输出电压的振幅随着频率的变化而发生变化，得到高通滤波器的增频特性曲线。
2.RL滤波器仿照RC滤波器的示范，再借助于电感L，设计和实现一个低通RL滤波器，同样测试示波器的输出特性曲线。
3.RCL滤波器结合RC和RL滤波器的经验，接入电容C和电感L以及电阻R，基本组合形式有π型/△型/串联型/并联型。
并分别实现和调试它们的滤波器特性。
二、有源滤波器1.甲类和乙类滤波器分别设计和实现比较典型的甲类和乙类无源滤波器。
将信号发生器的正弦波接入有源滤波器的输入端，选择并连接合适的电容和电阻，再选择一个适当的放大器反馈电路，经过放大器的功率放大和滤波器的频谱滤波，输出筛选后的高清正弦波到示波器。
2.低通/高通/带通/带阻滤波器设计从理论上推导出差分放大器电路的频率响应函数，根据函数形式选择合适的电容和电阻，设计并制作差分放大器，最后通过实测数据检验其频率响应的有效性和准确性。
3.低通/高通/带通/带阻滤波器实验在购买好的AD623差分放大器芯片的基础上，结合理论计算和模拟仿真结果，选择合适的电容和电阻参数，将芯片安装在面包板上，经过电阻电容网络的选取和调试，制作出低通/高通/带通/带阻滤波器，逐一测试滤波器的性质和曲线特性。
无源滤波器和有源滤波器实验报告
无源滤波器和有源滤波器实验报告无源滤波器和有源滤波器实验报告引言滤波器在电子领域中起着至关重要的作用，它可以帮助我们去除信号中的噪声，提高信号的质量。
无源滤波器和有源滤波器是两种常见的滤波器类型，它们在电路结构和性能特点上有所不同。
本实验旨在通过搭建无源滤波器和有源滤波器电路，比较它们的滤波效果和特点。
实验一：无源滤波器无源滤波器是由被动元件（如电阻、电容、电感）构成的滤波电路。
在本实验中，我们选择了RC低通滤波器进行研究。
1. 实验目的通过搭建RC低通滤波器电路，研究其频率特性和滤波效果。
2. 实验步骤a. 准备工作：收集所需器件和元件，包括电源、电阻、电容、示波器等。
b. 搭建电路：按照电路图连接电阻和电容，接入电源和示波器。
c. 调节参数：调节电源电压和示波器参数，使电路正常工作。
d. 测试频率响应：输入不同频率的信号，观察输出波形和幅度变化。
3. 实验结果通过实验观察，我们得到了RC低通滤波器的频率响应曲线。
在低频情况下，输出信号基本与输入信号保持一致；而在高频情况下，输出信号的幅度会逐渐降低，起到了滤波的作用。
这是因为电容器在高频情况下的阻抗较小，导致信号通过电容器的路径而绕过电阻。
实验二：有源滤波器有源滤波器是由主动元件（如运算放大器）和被动元件组成的滤波电路。
在本实验中，我们选择了Sallen-Key低通滤波器进行研究。
1. 实验目的通过搭建Sallen-Key低通滤波器电路，研究其频率特性和滤波效果。
2. 实验步骤a. 准备工作：收集所需器件和元件，包括电源、运算放大器、电阻、电容、示波器等。
b. 搭建电路：按照电路图连接运算放大器、电阻和电容，接入电源和示波器。
c. 调节参数：调节电源电压和示波器参数，使电路正常工作。
d. 测试频率响应：输入不同频率的信号，观察输出波形和幅度变化。
3. 实验结果通过实验观察，我们得到了Sallen-Key低通滤波器的频率响应曲线。
与RC滤波器相比，Sallen-Key滤波器具有更好的滤波效果和增益稳定性。
有源无源滤波器实验报告
有源无源滤波器实验报告实验目的，通过实验，掌握有源和无源滤波器的基本原理和特点，了解其在电路中的应用。
一、实验原理。
有源滤波器是利用放大器的放大作用和反馈作用，通过RC、RL等滤波电路实现滤波功能。
无源滤波器是利用电感、电容等被动元件组成的滤波电路实现滤波功能。
有源滤波器一般具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，可以满足各种输入输出阻抗的匹配。
无源滤波器一般具有较低的输入电阻和较高的输出电阻，适合于与高阻抗的负载匹配。
二、实验仪器和器件。
1. 信号发生器。
2. 示波器。
3. 电阻、电容、电感。
4. 运算放大器。
5. 电路板、连接线等。
三、实验内容。
1. 有源低通滤波器的实验。
（1）按照实验电路图连接电路；（2）调节信号发生器的频率和幅值，观察输出波形，并记录实验数据；（3）分析实验数据，得出有源低通滤波器的频率特性曲线。
2. 无源高通滤波器的实验。
（1）按照实验电路图连接电路；（2）调节信号发生器的频率和幅值，观察输出波形，并记录实验数据；（3）分析实验数据，得出无源高通滤波器的频率特性曲线。
四、实验结果与分析。
通过实验数据的记录和分析，我们得出了有源低通滤波器和无源高通滤波器的频率特性曲线。
可以清楚地看到，在一定频率范围内，有源滤波器和无源滤波器对信号的响应特性，从而验证了它们的滤波功能。
五、实验总结。
通过本次实验，我们深入理解了有源和无源滤波器的原理和特点，掌握了它们在电路中的应用。
同时，通过实验操作，提高了我们的动手能力和实验数据处理能力。
六、实验心得。
本次实验让我对有源无源滤波器有了更深入的了解，也提高了我的实验操作能力和数据分析能力。
在未来的学习和工作中，我会更加注重理论与实践相结合，不断提高自己的专业能力。
以上就是本次有源无源滤波器实验的实验报告，希望能对大家有所帮助。
有源滤波器的设计实验报告
有源滤波器的设计实验报告引言滤波器是电子工程中常用的电路元件，用于削弱或增强信号中的某些频率成分。
有源滤波器是一种由放大器和无源滤波器组成的电路，具有较好的增益和频率选择性能。
本实验旨在设计一个有源滤波器，以满足特定的频率响应要求。
设计目标本实验的设计目标是实现一个低通滤波器，其截止频率为f0，并具有一定的增益。
为了实现这一目标，需要选择合适的滤波器类型和电路参数。
设计步骤以下是设计有源滤波器的步骤：步骤一：选择滤波器类型根据设计要求，本实验选择了巴特沃斯滤波器作为设计基础。
巴特沃斯滤波器是一种常用的滤波器，具有平坦的通频带和陡峭的衰减特性。
步骤二：确定截止频率根据设计要求，截止频率f0已知。
在巴特沃斯滤波器中，截止频率与极点有关。
通过选择合适的极点位置，可以实现所需的截止频率。
步骤三：选择放大器类型有源滤波器需要一个放大器来提供增益。
常见的放大器类型有运算放大器和差动放大器。
本实验选择了运算放大器作为放大器类型，因为它具有简单的电路结构和较好的性能。
步骤四：计算电路参数根据所选的滤波器类型和放大器类型，可以计算出所需的电路参数。
包括放大器增益、电阻和电容值等。
步骤五：电路实现根据计算结果，可以开始设计电路。
根据电路参数计算电阻和电容值，并连接电路元件。
在连接电路之前，需要对电路进行仿真和检验。
步骤六：测量和调试完成电路连接后，需要进行测量和调试。
使用信号发生器输入测试信号，并使用示波器观察输出信号。
根据观察结果，调整电路参数和放大器增益，直到达到设计要求。
实验结果经过以上步骤的设计和调试，我们成功实现了一个具有截止频率为f0的低通滤波器。
实验结果显示，该滤波器在通频带范围内具有平坦的频率响应，并且在截止频率附近具有陡峭的衰减特性。
结论本实验通过使用巴特沃斯滤波器和运算放大器的组合，成功设计了一个满足特定频率响应要求的有源滤波器。
实验结果证明了设计的可行性和有效性。
有源滤波器在电子工程中具有广泛的应用，可以用于信号处理、音频放大和仪器测量等领域。
滤波器的仿真实验报告
滤波器的仿真实验报告
《滤波器的仿真实验报告》
近年来，滤波器在信号处理领域中扮演着至关重要的角色。
在数字信号处理中，滤波器可以用来去除噪音、提取特定频率的信号以及改善信号的质量。
为了更
好地理解滤波器的工作原理和性能，我们进行了一系列的仿真实验，并撰写了
本报告以总结实验结果。
首先，我们使用MATLAB软件进行了滤波器的仿真实验。
通过输入不同类型的
信号，我们测试了低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器的性能。
实验结果表明，这些滤波器能够有效地滤除不需要的频率成分，从而提取出我们感兴趣的
信号。
此外，我们还对滤波器的频率响应、相位响应和群延迟进行了分析，以
评估滤波器在不同频率下的性能表现。
其次，我们利用Simulink工具进行了滤波器的仿真实验。
通过搭建滤波器的模型，并输入不同类型的信号进行仿真，我们观察到了滤波器在时域和频域下的
响应特性。
实验结果显示，滤波器对于不同频率的信号有着不同的响应，并且
能够有效地对信号进行处理和改善。
最后，我们对比了不同类型的滤波器在仿真实验中的性能表现，包括Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和Elliptic滤波器等。
通过比较它们在频率响应、相位响应和群延迟等方面的表现，我们得出了不同滤波器的优缺点，
并为不同应用场景下的滤波器选择提供了参考依据。
综上所述，通过滤波器的仿真实验，我们更深入地理解了滤波器的工作原理和
性能特性，为信号处理领域的应用提供了重要的参考依据。
我们相信，本报告
将对相关领域的研究和实践工作具有一定的指导意义。
实验十九 四阶巴特沃斯滤波器
实验十九 四阶巴特沃斯滤波器一、实验目的1． 了解巴特沃斯滤波器的频率响应特性。
2． 掌握根据频率响应特性求网络传递函数()a H s ，并根据()a H s 来设计滤波器的方法。
二、实验内容1． 列写四阶巴特沃斯低通、高通和带通滤波器的网络函数。
2． 用示波器观察四阶巴特沃斯滤波器的幅频特性曲线。
3． 熟悉四阶巴特沃斯滤波器的设计方法。
三、实验仪器1． 信号与系统实验箱 一台 2． 信号系统实验平台3． 四阶巴特沃斯滤波器模块（DYT3000-65） 一块 4． 20MHz 双踪示波器 一台 5． 连接线若干四、实验原理实际的滤波电路往往难以达到理想的要求，如要同时在幅频和相频响应两方面都满足要求就更为困难。
因此，只有根据不同的实际需要，寻求最佳的近似理想特性。
例如，可以主要着眼于幅频响应，而不考虑相频响应；也可以从满足相频响应出发，而把幅频响应居于次要位置。
介绍一种最简单也是最常用的滤波电路——巴特沃斯滤波电路（又叫最平幅度滤波电路）。
这种滤波电路对幅频响应的要求是：在小于截止频率c ω的范围内，具有最平幅度的响应，而在c ωω>后，幅频响应迅速下降。
对于低通滤波电路来说，3dB 截止角频率c H n ωωω==。
n 阶低通滤波电路幅频响应的一般形式()cj A ωω=（式19-1）因为2()cj A ωω是偶次函数，所以c ω的奇次幂会出现。
考虑到在1c ω<时，巴特沃斯低通滤波电路的幅频响应是平坦的。
而在1c ω<时，主要是c ωω的低次项对分母起作用而使()cj A ωω下降。
如果()cj A ωω只与c ωω的高次项有关，则能较好的满足上述条件。
因此式19-1可写成()cj A ωω=（式19-2）这就是巴特沃斯低通滤波电路的特性方程。
由于1c ω=时，增益减小3dB ，由式19-2有2222(1)o o n A A K =+，可得21n K =，因而式19-2变为()cj A ωω=（式19-3）为便于归一化处理，引用归一化复频率S （c c S s j ωω==），这样在式中用s j 代替c ω，则得222()1(1)on nA A s S =+- （式19-4） 根据数学关系式2()()C jD C jD C jD +=+-，所以有222()()()1(1)on nS j cA A s A s A s S ωω==-=+- 则()()A s A s -的极点应满足21(1)0nnS +-= （式19-5）由式19-4的根便可以求出滤波电路的网络函数A （S ）。
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实验三滤波器实验
一，实验目的
1，通过实验了解滤波器的工作原理。
2，通过实验学习有源滤波器的特点。
3，学习滤波器在工程技术中的应用。
二，实验仪器及器材
1，通用线路接插板
2，电容、电阻、电位器、运算放大器等电子元器件
3，晶体管毫伏表
4，低频信号发生器
5，直流稳压电源
三，实验步骤及实验结果
1，计算上截止频率为440Hz的RC低通滤波器的R、C数值。
实验电路如上图，其中电容，根据上截止频率点处
解得：。
2，将选好的元件在线路插板上按上图接插成低通滤波器，测出其幅频特性。
采用两种方法测量，一种是通过示波器测量不同频率的响应幅值，从而得到幅频特性曲线。
另一种是直接测量幅频特性伯德图。
实验中直接测得幅频特性曲线：
手动调整输入信号频率，测得输出放大倍率如下
通过示波器测量频率为0~2k时的幅值响应数据如下:
f/Hz 10 50 100 150 200 250 300
幅值/mv 1.009 998.00 967.80 930.32 881.40 829.70 779.60
350 400 450 500 600 800 1000 1500 2000 726.20 678.91 635.02 596.54 527.31 422.11 350.50 245.29 187.41
得到的幅频特性曲线如下：
可以看出通过测量各频率放大倍率绘制的幅频曲线图和实验中仪器绘制的波特图基本一致，截止频率440Hz左右。
3，在此低通滤波器的输出端并联一个1kΩ的负载电阻，再测其幅频特性，并与无负
载情况下的幅频特性相比较。
分析可得上截止频率满足：
实验中36kΩ，，代入上式求得：
实验测出幅频特性曲线如下：
分析数据：
Freq (Hz) Gain (dB) Phase (deg)
100.000 -30.235 -0.438
14677.993 -33.457 -51.451
17782.794 -34.382 -57.910
从初始下降-3dB即为截止频率，可看出与理论计算基本相符。
比较两种情况可看出：
原本的截止频率为440Hz处于低频段，并联负载后截止频率变为16.4kHz处于高频段，无法起到低通滤波器的作用。
另外原本的静态放大倍率为1(0dB)，在接负载后静态放大倍率降为，即实际输出电压很小，影响滤波器性能。
4，接成如下图所示的有源滤波低通滤波器，测出其幅频特性。
截止频率同理可求得：
代入实验数据：，，解得：
实验测得伯德图如下：
分析得到的数据：
Freq (Hz) Gain (dB) Phase (deg)
10.000 12.572 -1.627
383.119 9.301 -46.510
464.159 8.357 -51.868
从数据可以看到，截止频率理论与实际基本相符。
5，在有源滤波器后同样接一个1kΩ的负载电阻，再测其幅频特性，并与无负载情况下的幅频特性相比较。
在输出端添加电阻负载，输入输出关系与原来相同，故其传递函数没变，幅频特性没变，截止频率也没变。
按照实验数据，截止频率为：
实验测得幅频特性曲线：
将两种情况的幅频特性放在一起进行对比如下：
无负载有负载
比较两种情况可以发现其幅频特性曲线基本一致，所以带动负载对有源滤波器无影响。
也就是说明有源滤波器带负载能力远远强于无源滤波器。
6，设计相应的方法并实现将上述低通滤波器的截止频率特性予以改善。
理想的滤波器幅频特性是一个矩形窗，通带内信号无衰减，而通带外信号为0。
实际的
截止频率附近的幅频曲线变化越快越好，即倍频程选择性好。
为了改善低通滤波器的效果，本次实验采用将无源与有源滤波器串联的方法。
实验中测得该系统伯德图为：
由上图可以看出，系统的倍频程选择性明显变好。
原来的截止频率为440，改变后截止频率为280，,增益减小速度明显变小，即改进后的滤波器幅值衰减速度明显加快了，系统的低通特性得到了显著改善。
7，根据下图写出此电路的传递函数、幅频特性，在线路板上插接出此线路并测出幅频特性，并求出其中心频率f0、-3dB通带及品质因数Q等；观察方波输入时的输出波形
此图为多路负反馈有源滤波器，其传递函数为：
幅频特性：
当，趋近与0。
所以该滤波器实现的是带通特性。
可得到，
则谐振频率：
对于截止频率处，令：
则有：
由定义，带宽：
品质因数：
实验中测得伯德图为：
从图中可以读出谐振频率，下截止频率，上截止频率
，带宽，品质因数：
理论与实际基本相符。
方波的输出波形如图。
8，根据前两个滤波器的幅频特性曲线，设计一滤波器使其能将输入信号——方波的五倍频不失真的提取出来，并实现，记录最后的波形图
要使系统能够从方波中提取出其五倍频的信号，需要使方波信号的五次谐波频率在带通滤波器的中心频率附近；同时，为了减少其他频率谐波的影响，需要增强带通滤波器的滤波
性能，即增强系统品质因数。
系统品质因数与成反比，与成正比，于是我们需要尽可能地增大，并且减小，以此来获得尽量高的品质因数，达到好的滤波效果。
在实验中，我们选择，计算结果为：
此时发现方波的频谱中5倍频最高，可以认为不失真提取。
此时系统伯德图为：
方波的输出波形如图：
满足方波的5倍频提取。
四，思考题
1，无源低通应如何设计以提高其带负载能力？
答：从内部电路构成上来说，接负载后传递函数为：
截止频率：
静态放大倍数：
由于相对较小，故接负载后的无缘低通滤波器会有很小的静态放大倍率，和很大的截止频率，严重影响了滤波器性能。
故为了减少负载效应影响，应该尽量降低滤波器内部电阻以增大放大倍率，并同时增大电容C来减小系统截止频率。
3，滤波器在实际应用中，怎样改善滤波器的截止频率特性？
答：滤波器的截止频率特性与品质因数和倍频程有关。
要想改善滤波器的频率特性，可以适当增大滤波器的品质因数，对于滤波器也可以根据实际使用来调整截止频率数值。
还可以将滤波器级联，使得滤波器的频率特性更好。