实验五 带通滤波器(有源无源)

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实验五 带通滤波器（有源、无源）

一、实验目的

1、熟悉带通滤波器构成及其特性。

2、学会测量带通滤波器幅频特性的方法。

二、实验原理说明

滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大为衰减）无用频率信号的电子装置。工程上常用它作信号处理、数据传送和抑制干扰等。这里主要是讨论模拟滤波器。以往这种滤波电路主要采用无源元件R 、L 和C 组成，60年代以来，集成运放获得了迅速发展，由它和R 、C 组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高，这是它的不足之处。

2.1基本概念及初步定义

滤波电路的一般结构如2—1所示。图中的V i (t)表示输入信号，V 0（t ）为输出信号。 假设滤波器是一个线形时不变网络，则在复频域内其传递函数（系统函数）为

A （s ）＝

)

()

(0s V s V i

式中A （s ）是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。对于频率来说（s=j ω）则有

A （j ω）＝│A （j ω）│e

j φ(ω)

(2-1)

这里│A （j ω）│为传递函数的模，φ(ω)为其相位角。

此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延τ（ω），它定义为

τ（ω）＝- (2-2)

通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相位和时延响应亦需考虑。当相位响应φ(ω)作线性变化，即时延响应τ（ω）为常数时，输出信号才可能避免失真。

2.2滤波电路的分类

对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。

理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减（│A （j ω）│＝０）。通常通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可分为以

V i 图2-1 滤波电路的一般结构 )()

(s d d ω

ωϕ

实验二 滤波器（有源、无源）

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下几类：

低通滤波电路 其幅频响应如图3-2a 所示，图中A ０表示低频增益│A │增益的幅值。由图可知，它的功能是通过从零到某一截止角频率ωH 的低频信号，而对大于ωH 的所有频率完全衰减，因此其带宽BW ＝ωH 。

高通滤波电路 其幅频响应如图3-2b 所示，由图可以看到，在0＜ω＜ωL 范围内的频率为阻带，高于ωL 的频率为通带。从理论上来说，它的带宽BW ＝∞，但实际上，由于受有源器件带宽的限制，高通滤波电路的带宽也是有限的。

带通滤波电路 其幅频响应如图3-2c 所示，图中ωL 为低边截止角频率，ωH 高边截止角频率，ω0

为中心角频率。由图可知，它有两个阻带：0＜ω＜ωL 和ω＞ωH ，因此带宽BW ＝ωH －ωL 。

带阻滤波电路 其幅频响应如图3-2d 所示，由图可知，它有两个通带：在0＜ω＜ωH 和ω＞ωL ，和一个阻带：ωH ＜ω＜ωL 。因此它的功能是衰减ωL 到ωH 间的信号。同高通滤波电路相似，由于受有源器件带宽的限制，通带ω＞ωL 也是有限的。

带阻滤波电路抑制频带中点所在角频率ω0也叫中心角频率。

图2-2 各种滤波电路的幅频响应

（a ）低通滤波电路(LPF) （b ）高通滤波电路(HPF) （c ）带通滤波电路(BPF) （d ）带阻滤波电路(BEF)

2.3带通滤波电路(HPF)

由图2-3b

所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较，不难发现低

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通与高通滤波电路相串联如图2-3所示,可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路的截止角频率ωH 大于高通滤波电路的截止角频率ωn ，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。

图2-3带通滤波电路构成示意图

图2-4所示为二阶压控电压源带通滤波电路。图中R 、C 组成低通网络， C 1、R 3组成高通网络，两者串联就组成了带通滤波电路。为了计算简便，设R 2=R ，R 3=2R ，则由KCL 列出方程，可导出带通滤波电路的传递函数为

(2-3)

式中A VF =1+R f /R 1为同相比例放大电路的电压增益，同样要求A VF <3，电路才能稳定地工作。令

(2-4)

2)()3(1)(sCR sCR A sCR A s A VF

VF +-+=

⎪

⎪

⎪

⎪⎭

⎪⎪

⎪

⎪⎬⎫

-==-=

)3/(1)/(13VF O VF

VF

o A Q RC A A A ω

实验二 滤波器（有源、无源）

10 则有

(2-5)

式（2-5）为二阶带通滤波电路传递函数的典型表达式，其中ω0=1/（RC ），即是特征角频率，也是带通滤波电路的中心角频率。

图2-5 图2-4所示电路的幅频响应

令s=j ω代入式（2-5），则有

(2-6)

式（2-6）表明，当ω=ω0时，图2-4所示电路具有最大电压增益，且∣A(j ω0)∣= A O = A VF /

2

)

(

1)(o

o

o

o s

Q s

Q s

A s A ωωω++

=

图2-4 二阶压控电压源带通滤波电路

)

(1)(11)(2ω

ωωωωωωωωω

ωO

O O

o o o

O

jQ A Q j j Q A j A -+=+-⋅=

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（3 - A VF ），这就是带通滤波电路的通带电压增益。根据式（2-6），不难求出其幅频响应，如图2-5所示，Q 值越高，通带越窄。

当式（2-6）分母虚部的绝对值为1时，有∣A(j ω)∣=A O /2；因此，利用------------取正根，可求出带通滤波电路的两个截止角频率，从而导出带通滤波电路的通带宽度BW=ωO /(2πQ)=F O /Q O 。

三、实验内容与步骤

实验电路布局如图2-6。

比较与测量两种带通滤波器的频响特性 1、 图示2-7为带通滤波器

图2-7（a ）无源带通滤波器

图2-6实验电路布局图

实验二 滤波器（有源、无源）

12 2、逐点测量其幅频响应，填入表2-1 3、扫频法测量（示波器工作于XY 状态）

①将S402的“1-2”连接，S401接于“3”，S402接于“Sin ”； ②TP402接示波器CH1； ③SG401与SG201连接； ④TP201接示波器CH2。

五、实验设备

1、双踪示波器

1台 2、信号与系统实验箱

1台

注：测试参考波形

图注-1 TP205 无源带通

图注-2 TP206 有源带通

无源带通滤波器

无源带通滤波器 无源带通滤波器电路，有源带通滤波器电路图1．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。图4-1分别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。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（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC元件或RC元 无源带通滤波器电路，有源带通滤波器电路图 1．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。图4-1 分别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。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（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC 元件或RC 元件构成的无源滤波器，也可由RC 元件和有源器件构成的有源滤波器。 图4-1 四种滤波器的幅频特性 2．四种滤波器的传递函数和实验模拟电路如图4-2 所示：(a)无源低通滤波器(b)有源低通滤波器 (c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器 (e)无源带通滤波器 (f)有源带通滤波器 (g)无源带阻滤波器 (h)有源带阻滤波器

图4-2 四种滤波器的实验电路 3．滤波器的网络函数H（jω），又称为正弦传递函数，它可用下式表示

式中A(ω)为滤波器的幅频特性，θ(ω)为滤波器的相频特性。它们均可通过实验的方法来测量。

带通滤波器设计

LC椭圆函数带通滤波器设计 要求带通滤波器，在15kHz～ZOkHz的频率范围内，衰减最大变化1dB，低于14.06kHz和高于23kHz频率范围，最小衰减为50dB,Rs=RL=10kΩ。 ③运行Filter Solutions程序。点击“阻带频率”输人框，在“通带波纹（dB）”内输人0.18，在“通带频率”内输人1，在“阻带频率”内输人1.456，选中“频率单位－弧度”逻辑框。在“源阻抗”和“负载阻抗”内输人1。 ④点击“确定阶数”控制钮打开第二个面板。在“阻带衰减（dB）”内输人50，点击“设置最小阶数”按钮并点击“关闭”，主控制面板上形式出“6阶”，选中“偶次阶模式”逻辑框。 ⑤点击“电路”按钮。Filter s。lutions提供了两个电路图。选择“无源滤波器1”，如图1（a）所示。 ⑥这个滤波器必须变换为中心频率ω0=1的归一化带通滤波器。带通滤波器的Q 值为： 把所有的电感量和电容值都乘以Qbp°然后用电感并联每一个电容、用电容串联每一个电感使其谐振频率为ω0=1，该网络被变换为带通滤波器。使用的谐振元仵是原元件值的倒数，如图1（b）所示。 ⑦按照图1的方式转换Ⅱ型支路。

变换后的滤波器见图1（c）。在原理图下标出了以rad/s为单位的谐振频率。 ⑧用中心频率fo=17.32kHz和阻抗10kΩ对滤波器进行去归一化以完成设计。将所有的电感乘以Z/FSF，所有的电容除以z×FSF，其中z=104， FSF=2πfe=1.0882×105。最终的滤波器见图1（d）。图1（c）中的归一化谐振频率直接乘以几何中心频率fo=17.32kHz即可得到谐振频率。频率响应见图1（e）。

实验五 带通滤波器(有源无源)

7 实验五 带通滤波器（有源、无源） 一、实验目的 1、熟悉带通滤波器构成及其特性。 2、学会测量带通滤波器幅频特性的方法。 二、实验原理说明 滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大为衰减）无用频率信号的电子装置。工程上常用它作信号处理、数据传送和抑制干扰等。这里主要是讨论模拟滤波器。以往这种滤波电路主要采用无源元件R 、L 和C 组成，60年代以来，集成运放获得了迅速发展，由它和R 、C 组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高，这是它的不足之处。 2.1基本概念及初步定义 滤波电路的一般结构如2—1所示。图中的V i (t)表示输入信号，V 0（t ）为输出信号。 假设滤波器是一个线形时不变网络，则在复频域内其传递函数（系统函数）为 A （s ）＝ ) () (0s V s V i 式中A （s ）是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。对于频率来说（s=j ω）则有 A （j ω）＝│A （j ω）│e j φ(ω) (2-1) 这里│A （j ω）│为传递函数的模，φ(ω)为其相位角。 此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延τ（ω），它定义为 τ（ω）＝- (2-2) 通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相位和时延响应亦需考虑。当相位响应φ(ω)作线性变化，即时延响应τ（ω）为常数时，输出信号才可能避免失真。 2.2滤波电路的分类 对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减（│A （j ω）│＝０）。通常通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可分为以 V i 图2-1 滤波电路的一般结构 )() (s d d ω ωϕ

带通滤波器的设计和仿真

带通滤波器的设计和仿真 学院信息学院 姓名吴建亮 学号 201203090224 班级电信1202 时间 2014年10月 1.设计要求 设计带通为300Hz～10KHz的带通滤波器并仿真。 2.原理与方案 2.1工作原理： 带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。 2.2总体方案 易知低通滤波电路的截止角频率ωH大于高通滤波电路的截止角频率ωn，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数： 电容则 基准电阻， ，取标称值2400pF， ,取标称值14.7kΩ， ，取标称值14.7kΩ， ，取标称值7.32kΩ，

,取标称值6.04kΩ， ， ,取标称值0.013μF, ,取标称值3.01?Ω， 同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数如下： 电容， ，取标称值10kΩ， ，取标称值27kΩ， ，取标称值3.9kΩ， ，取标称值62kΩ。 3 电路设计 图3-1 高通滤波器 图3-2 低通滤波器

如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路，函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。 4仿真、分析 图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz、1kHz与10kHz时的示波器波形显示，其输入的正弦信号的幅值均为2V，滤波器的仿真结果符合预期结果。 图4-1 时滤波器仿真结果 图 4-2 f=1000Hz滤波器仿真结果 图4-3 f=10kHz滤波器仿真结果 图4-4 下限截止频率

信号与系统实验报告

电气学科大类 2012 级 《信号与控制综合实验》课程 实验报告 (基本实验一:信号与系统基本实验) 姓名丁玮学号U201216149 专业班号水电1204 同组者1 余冬晴学号U201216150 专业班号水电1204 同组者2 学号专业班号 指导教师 日期 实验成绩 评阅人

实验评分表 基本实验实验编号名称/内容实验分值评分实验一常用信号的观察 实验二零输入响应、零状态相应及完全 响应 实验五无源滤波器与有源滤波器 实验六LPF、HPF、BPF、BEF间的变 换 实验七信号的采样与恢复 实验八调制与解调 设计性实验 实验名称/内容实验分值评分创新性实验 实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分

目录 1.实验一常用信号的观察 (1) 2.实验二零输入响应、零状态响应及完全响应 (4) 3.实验五无源滤波器与有源滤波器 (7) 4.实验六 LPF、HPF、BPF、BEF间的转换 (14) 5.实验七信号的采样与恢复 (19) 6.实验八调制与解调 (29) 7.实验心得与自我评价 (33) 8.参考文献 (34)

实验一常用信号的观察 一．任务与目标 1.了解常见信号的波形和特点； 2.了解常见信号有关参数的测量，学会观察常见信号组合函数的波形； 3.学会使用函数发生器和示波器，了解所用仪器原理与所观察信号的关系； 4.掌握基本的误差观察与分析方法。 二．总体方案设计 1.实验原理 描述信号的方法有许多种，可以用数学表达式（时间的函数），也可以使用函数图形（信号的波形）。 信号可以分为周期信号和非周期信号两种。普通示波器可以观察周期信号，具有暂态拍摄功能的示波器可以观察到非周期信号的波形。目前，常用的数字示波器可以方便地观察周期信号及非周期信号的波形。 2.总体设计 ⑴观察常用的正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号及一些组合函数的波形，如y=sin(nx)+cos(mx)。 ⑵用示波器测量信号，读取信号的幅值与频率。 三．方案实现与具体设计 1.用函数发生器产生正弦波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率； 2.用函数发生器产生方波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率； 3.用函数发生器产生三角波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率； 4.用函数发生器产生锯齿波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率； 5.用函数发生器产生两个不同频率的正弦波，分别设定波形的峰值及频率，用示波器叠加波形，并观察组合函数的波形。 四．实验设计与实验结果 1.正弦波波形图如下： 幅值：2.56V 频率：999.986Hz 图1-1 正弦波波形

带通滤波器的特点与应用案例

带通滤波器的特点与应用案例 一、引言 在现代电子通信和信号处理领域中，滤波器是一种非常重要的设备，它可以根据特定的频率范围对信号进行处理。带通滤波器是滤波器的 一种常见形式，它具有许多独特的特点和广泛的应用。本文将详细介 绍带通滤波器的特点，并结合实际应用案例进行说明。 二、带通滤波器的特点 1. 频率选择性：带通滤波器可以选择特定的频率范围通过，而将其 他频率范围的信号削弱或者完全阻断。这种特点使得它可以用来消除 噪声、提取特定频率的信号等。 2. 幅频响应曲线：带通滤波器的幅频响应曲线可以清楚地显示出其 工作的频率范围，有助于我们理解滤波器的工作原理和选择合适的参数。通常情况下，带通滤波器在其通带内有较大的增益，并在截止频 率处呈现出明显的衰减。 3. 相频响应曲线：带通滤波器的相频响应曲线则表示信号传输延迟 与频率之间的关系。在某些特定应用场景中，对于信号的相位信息要 求非常严格，因此带通滤波器的相频响应曲线也是需要关注的重要因素。 4. 传递函数：带通滤波器的传递函数可以用来描述输入信号和输出 信号之间的关系。我们可以通过对传递函数进行分析，来了解滤波器 对于不同频率的信号的处理情况，从而根据需要进行参数的调整。

5. 滤波器的类型：带通滤波器有很多不同的类型，比如无源滤波器 和有源滤波器、模拟滤波器和数字滤波器等。每种类型的滤波器都有 其独特的特点和适用范围，需要根据具体的应用需求进行选择。 三、带通滤波器的应用案例 1. 语音信号处理：在语音信号处理中，带通滤波器常被用于语音信 号的前端处理，以提取出特定频段的语音信号。例如，在电话通信中，通过带通滤波器可以提取出人声的频率范围，减少环境噪声的干扰， 从而提高通信质量。 2. 音频设备：在音频设备中，带通滤波器常被用于音频信号的调节 和增强。例如，在音响系统中，通过带通滤波器可以选择特定的频率 范围，增加低频或高频的音响效果，使音乐更加丰富和逼真。 3. 图像处理：在图像处理中，带通滤波器可以用于图像增强和噪声 去除。例如，在医学图像分析中，通过带通滤波器可以突出显示特定 频率范围内的细节，从而帮助医生更好地进行疾病的诊断和治疗。 4. 无线通信：在无线通信系统中，带通滤波器常被用于信号的解调 和解调。例如，在调频广播中，通过带通滤波器可以选择特定的调频 频率范围，将无线电波转换为音频信号，使其能够被收音机接收到。 5. 雷达系统：在雷达系统中，带通滤波器常被用于目标检测和距离 测量。例如，在飞机雷达中，通过带通滤波器可以选择特定的频率范围，准确地检测出目标飞机的回波信号，并计算出其距离和速度。 四、总结

信号与系统实验指导书

实验一 滤波器 一 实验目的 1 了解无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性； 2 对比并研究无源滤波器和有源滤波器的滤波特性； 二 原理说明 1．滤波器的作用是对输入信号的频率具有选择性。滤波器的种类很多，但总的来说，可分为两大类，即经典滤波器和现代滤波器。经典滤波器可分为四种，即低通（LP ）、高通（HP ）、带通（BF ）、带阻（BS ）滤波器。图1-1分别给出了四种滤波器的理想幅频响应。 图1-1 四种滤波器的理想幅频特性 2 滤波器可认为是一个二端网络，可用图1-2的模型来描述。其幅频特性和相频特性可由下式反映： . . H (j ω) =U2/U1=A(ω)∠θ(ω) H (j ω)为网络函数,又称为传递函数。 三 预习练习 1 预习滤波器的有关内容和原理； 2 预习运算放大器的相关知识及用运算放大器构成滤波器的方法； 3 推导各类滤波器的网络函数。 （b ）高通滤波器 (c) 带通滤波器 (a) 低通滤波器 0 fc f (d) 带阻滤波器 0 fcl f0 fch f 图1-2 滤波器

四实验步骤及内容 1 用实验导线按图1-3构造滤波器： (a) 无源低通滤波器 (b) 有源低通滤波器 (c) 无源高通滤波器 (d) 有源高通滤波器 (e) 无源带通滤波器 (f) 有源带通滤波器 （g）无源带阻滤波器（h）有源带阻滤波器 图1-3 各种滤波器的实验电路图 2 测试各无源和有源滤波器的幅频特性： 例1：测试RC无源低通滤波器的幅频特性。 实验电路如图1-3（a）所示。 实验时，打开函数信号发生器，使其输出幅度为1V的正弦信号，将此信号加到滤波器的输入端，在保持正弦信号输出幅度不变的情况下，逐渐改变其频率，用交流电压表测量滤

带通滤波器matlab设计

带通滤波器matlab设计 一、什么是带通滤波器 带通滤波器是一种能够通过某个频率范围内的信号，而抑制其他频率信号的电路或系统。它可以过滤掉低于或高于特定频率范围的信号，只保留在该范围内的信号。 二、带通滤波器的分类 根据其工作原理和电路结构，带通滤波器可以分为以下几类： 1. 无源RC电路带通滤波器：由电容和电阻组成，能够将特定频率范围内的信号通过，并将其他频率信号抑制。 2. 有源RC电路带通滤波器：在无源RC电路基础上加入了放大器，使得其具有更好的增益和稳定性。 3. LC谐振型带通滤波器：由电感和电容组成，利用谐振原理来实现对特定频率范围内信号的过滤。 4. 基于数字信号处理（DSP）技术的数字带通滤波器：通过数字处理

算法来实现对特定频率范围内信号的过滤。 三、使用matlab设计带通滤波器 在matlab中设计带通滤波器需要进行以下步骤： 1. 确定滤波器类型：根据实际需求选择合适的带通滤波器类型。 2. 确定滤波器参数：根据所需的频率范围、通带增益、阻带衰减等参数，计算出滤波器的具体参数。 3. 选择合适的设计方法：可以采用基于模拟电路设计方法或数字信号处理（DSP）设计方法。 4. 编写matlab代码：根据所选设计方法，编写相应的matlab代码进行滤波器设计。 5. 仿真验证：利用matlab进行仿真验证，检查滤波器是否符合预期要求。 四、基于模拟电路设计方法 1. 无源RC电路带通滤波器

无源RC电路带通滤波器由一个并联的电容和电阻组成。其传输函数为： H(s) = 1 / (sRC + 1) 其中R为电阻值，C为电容值，s为复变量。通过调整RC值可以实现对特定频率范围内信号的过滤。在matlab中可以使用bode函数绘制该滤波器的幅频响应曲线，从而进行验证和优化。 2. 有源RC电路带通滤波器 有源RC电路带通滤波器在无源RC电路基础上加入了一个放大器，使得其具有更好的增益和稳定性。其传输函数为： H(s) = - Rf / (1 + sRfCf) * 1 / (sRC + 1) 其中Rf为放大器反馈电阻值，Cf为放大器反馈电容值。通过调整RC、Rf和Cf值可以实现对特定频率范围内信号的过滤。在matlab中可以使用bode函数绘制该滤波器的幅频响应曲线，从而进行验证和优化。 五、基于数字信号处理（DSP）设计方法 基于数字信号处理（DSP）技术的数字带通滤波器可以通过matlab中

带通滤波器(个人学习总结)

有源模拟带通滤波器的设计 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 1滤波器的结构及分类 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 文中结合实例，介绍了设计一个工作在低频段的二阶有源模拟带通滤波器应该注意的一些问题。 2二阶有源模拟带通滤波器的设计 2.1基本参数的设定 二阶有源模拟带通滤波器电路，如图1所示。图中R1、C2组成低通网络，R3、C1组成高通网络，A、Ra、Rb组成了同相比例放大电路，三者共同组成了具有放大作用的二阶有源模拟带通滤波器，以下均简称为二阶带通滤波器。 根据图l可导出带通滤波器的传递函数为

令s=jω，代入式(4)，可得带通滤波器的频率响应特性为 波器的通频带宽度为BW0.7=ω0／(2πQ)=f0／Q，显然Q值越高，则通频带越窄。

带通滤波电路设计实验报告

XXX大学 课程设计报告 课程名称：模拟电子电路课程设计 设计题目：300Hz~3KHz带通滤波电路院（部）： 专业： 学生姓名: 学号: 指导教师:

第一章 一、引言 测量和分析工程信号时，往往只需对特定频率或者特定频率范围的信号进行测量和分析，但在实际工程信号中，往往包含各种各样的干扰信号或者说是人们不感兴趣的信号。为了消除这些信号所产生的不良影响，人们最先想到的就是利用一个理想的滤波器，将这些干扰信号全部剔除。本文将以二阶有源带通滤波器为例熟悉滤波的原理并掌握其相关的应用。 二、滤波器的简介 1滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： 1.1无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 1.2有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有 用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提

高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量 及控制技术中的小信号处理。 2.从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF 的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指 标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。三、主要设计要求 利用Multisim仿真平台试设计一有源带通滤波器，要求为能低于300Hz和高于3KHz的信号，整个带通增益为8dB,在30Hz和300KHz处幅频衰减应不小于26dB。 1.画出电路图，说明工作原理，写明电路参数及计算过程 2.进行电路仿真，仿真结果要求为带通滤波器的幅频和相频特 性 3.在Multisim中，在电路输入端输入一正弦信号，幅值不变， 改变频率，利用示波器观察输入输出波形，做出波特图。

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 滤波器在电子工程中扮演着重要的角色，它们能够对信号进行处理和改变，以满足特定的需求。在本次实验中，我们将研究和比较无源滤波器和有源滤波器的性能和特点。通过实验，我们将深入了解它们的工作原理和应用。 实验目的 1. 研究无源滤波器和有源滤波器的基本原理。 2. 比较无源滤波器和有源滤波器的频率响应和增益特性。 3. 探索无源滤波器和有源滤波器在不同应用场景中的优势和限制。 实验装置和方法 实验所需材料和设备： 1. 信号发生器 2. 电压表 3. 电阻、电容和电感器 4. 支持电路实验的实验板 实验步骤： 1. 搭建无源滤波器电路。 2. 通过信号发生器输入不同频率的信号，并使用电压表测量电路的输出电压。 3. 记录并分析无源滤波器的频率响应和增益特性。 4. 搭建有源滤波器电路。 5. 重复步骤2和3，记录并分析有源滤波器的性能。

实验结果与分析 无源滤波器是由电阻、电容和电感器等被动元件组成的电路。根据电路的组成和连接方式，无源滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。通过实验，我们可以观察到不同类型的无源滤波器对信号的不同处理效果。 有源滤波器是在无源滤波器的基础上引入了放大器等有源元件。有源滤波器能够提供更大的增益和更灵活的频率响应。通过实验，我们可以比较有源滤波器和无源滤波器的性能差异，并探索它们在不同应用场景中的适用性。 在实验中，我们通过改变输入信号的频率，测量了无源滤波器和有源滤波器的输出电压。通过绘制频率响应曲线和增益特性曲线，我们可以清楚地观察到滤波器在不同频率下的工作情况。 根据实验结果，我们可以得出以下结论： 1. 无源滤波器的频率响应和增益特性受到电阻、电容和电感器等被动元件的限制。在特定频率范围内，无源滤波器能够实现较好的滤波效果。 2. 有源滤波器引入了放大器等有源元件，能够提供更大的增益和更灵活的频率响应。有源滤波器在需要较高增益和复杂滤波特性的应用中具有优势。 3. 无源滤波器和有源滤波器都有其适用的场景和限制。根据具体的应用需求，选择适合的滤波器类型可以获得更好的效果。 结论 通过本次实验，我们深入研究了无源滤波器和有源滤波器的原理和特性。通过实验结果的分析，我们了解到无源滤波器和有源滤波器在频率响应和增益特性上的差异，并探索了它们在不同应用场景中的优势和限制。这些实验结果对我

数字带通滤波器在有源滤波器中的应用

数字带通滤波器在有源滤波器中的应用 随着电子科技的飞速发展，滤波器作为电子领域中非常重要的一个组 成部分，在各种电子设备中起到了至关重要的作用。有源滤波器作为 一种常见的滤波器类型，其中数字带通滤波器的应用具有特别重要的 意义。本文将就数字带通滤波器在有源滤波器中的应用进行探讨。 一、有源滤波器的基本原理 有源滤波器是一种利用运算放大器等有源器件实现的滤波器，它具有 增益高、频率选择性好、阻抗变化小等特点。有源滤波器一般由运算 放大器和无源元件（电阻、电容、电感）组成，通过对其电路结构进 行合理设计可以实现不同类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。 二、数字带通滤波器的基本原理 数字带通滤波器是一种数字信号处理器件，通过对输入信号进行采样 和离散化处理，实现对特定频率段的信号进行滤波。数字带通滤波器 通常由数字信号处理器（DSP）和滤波算法组成，其优点是可以实现 精确的频率选择和滤波效果，并且可以通过软件编程实现各种滤波功能。

三、数字带通滤波器在有源滤波器中的应用 1. 频率选择 数字带通滤波器可以实现对特定频率范围的信号进行精确滤波，对于有源滤波器来说，数字带通滤波器可以作为前置滤波器，对输入信号进行初步处理，从而减小有源滤波器的工作负荷，提高整体的滤波性能。 2. 参数调节 数字带通滤波器可以通过软件编程实现对滤波器的一些参数进行实时调节，如增益、中心频率、带宽等，这为有源滤波器的优化调整提供了更大的灵活性，可以根据实际需要进行动态调整，提高了滤波器的适用性和性能。 3. 噪声滤除 在一些特殊的应用场合中，有源滤波器往往会受到输入信号中的噪声干扰，而数字带通滤波器可以通过对输入信号进行数字化处理，实现对噪声信号的滤除，进一步提高了整体滤波器的抗干扰能力。 4. 功耗控制

有源滤波电路毕业设计

有源滤波电路毕业设计 有源滤波电路毕业设计 引言： 在电子工程领域，滤波器是一种常见的电路组件，用于去除信号中的噪声或不 需要的频率成分。滤波器可以分为有源滤波器和无源滤波器两种类型。本文将 讨论有源滤波电路的设计和实现，以及其在毕业设计中的应用。 一、有源滤波电路的基本原理 有源滤波电路是利用有源元件（如放大器、运算放大器等）来实现滤波功能的 电路。其基本原理是将输入信号经过放大器放大后，再通过滤波器进行频率选择，最后输出滤波后的信号。 二、滤波器的分类 根据滤波器的频率特性，可以将滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤 波器和带阻滤波器四种类型。在毕业设计中，根据具体需求选择合适的滤波器 类型非常重要。 三、有源低通滤波器的设计与实现 有源低通滤波器是指能够通过的频率低于截止频率的信号，而抑制高于截止频 率的信号。其设计过程包括选择合适的放大器和滤波器电路，并进行电路参数 计算和仿真验证。 1. 放大器选择 在有源滤波器中，放大器起到信号放大和频率选择的作用。常用的放大器有运 算放大器和差分放大器。根据设计需求，选择合适的放大器是设计成功的关键。 2. 滤波器电路设计

有源低通滤波器的滤波器电路可以采用多种形式，如RC电路、RL电路、LC电 路等。根据具体需求选择合适的滤波器电路，并进行电路参数计算和仿真验证，以保证设计的准确性和性能。 3. 电路参数计算与仿真验证 在设计有源滤波电路时，需要根据具体要求计算电路参数，如截止频率、增益等。通过电路仿真软件进行验证，可以评估电路的性能和稳定性。 四、有源高通滤波器的设计与实现 有源高通滤波器是指能够通过的频率高于截止频率的信号，而抑制低于截止频 率的信号。其设计过程与有源低通滤波器类似，只是需要选择合适的放大器和 滤波器电路。 五、有源带通滤波器的设计与实现 有源带通滤波器是指能够通过一定频率范围内的信号，而抑制其他频率的信号。其设计过程包括选择合适的放大器和带通滤波器电路，以及进行电路参数计算 和仿真验证。 六、有源带阻滤波器的设计与实现 有源带阻滤波器是指能够抑制一定频率范围内的信号，而通过其他频率的信号。其设计过程与有源带通滤波器类似，只是需要选择合适的放大器和带阻滤波器 电路。 七、有源滤波电路在毕业设计中的应用 有源滤波电路在毕业设计中有着广泛的应用，如音频信号处理、通信系统、生 物医学工程等。通过合理选择滤波器类型和参数，可以实现对特定频率范围内 信号的处理和分析。

带通滤波器设计实验报告

带通滤波器设计实验报告 实验目的： 设计一个带通滤波器，实现对特定频率范围内信号的滤波，同时保留其他频率成分。 实验原理： 实验步骤： 1.确定需要滤除的频率范围以及希望保留的频率范围。 2.选择合适的滤波器类型，例如椭圆滤波器、巴特沃斯滤波器等。 3.根据所选择滤波器的传输函数，计算出所需的电路元件数值。 4.使用电路设计软件，绘制出所需的滤波器电路图。 5.将电路图转化为实际的电路连接。 6.进行滤波器的测试。 实验结果： 经过设计和制作，成功实现了一个带通滤波器。我们选择了巴特沃斯滤波器作为滤波器类型，并确定了需要滤除的频率范围为1kHz到3kHz，希望保留的频率范围为500Hz到5kHz。根据计算得出的电路元件数值，绘制了滤波器电路图，并成功制作出实际的电路连接。 在测试过程中，我们输入了包含多个频率成分的信号，并观察输出信号的波形。结果显示，输入信号中属于1kHz到3kHz范围的频率成分被成功滤除，而属于500Hz到5kHz范围的频率成分则被保留下来。

实验讨论： 然而，在实际应用中，滤波器的设计可能会面临一些挑战。例如，设 计过程中的元件误差、频率波动等因素都可能会对滤波器的性能产生影响。因此，在实际应用中，对滤波器进行性能测试和调整是非常重要的。 此外，滤波器的性能指标也需要考虑。例如，通带衰减、阻带衰减等 参数都对滤波器的性能起着关键作用。在设计带通滤波器时，我们应该根 据具体需求选择合适的滤波器类型，并对性能参数进行合理的折中和调整。结论： 通过本次实验，我们成功设计并制作了一个带通滤波器，实现了对特 定频率范围内信号的滤波。带通滤波器在实际应用中具有广泛的用途，因此，对滤波器的设计和性能调整进行研究具有重要的意义。希望通过这次 实验可以对带通滤波器的设计和应用有更深入的了解。

实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现

实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现

实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现 一、实验指导 1．实验目的 （1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。 （4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR 滤波器。 2．实验内容及步骤 （1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理； （2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示；

图1 具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如 图 （3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。 （4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。 （4）重复（3），滤波器指标不变，但改用

等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。 提示：○1MATLAB函数fir1的功能及其调用格式请查阅教材； ○2采样频率Fs=1000Hz，采样周期T=1/Fs； ○3根据图1(b)和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率fp=120Hz，阻带截至频率fs=150Hz，换算成数字频率，通带截止频率 p 20.24 p f ωπ =T=π，通带最大衰为0.1dB，阻带截至频率 s 20.3 s f ωπ =T=π，阻带最小衰为60dB。 ○4实验程序框图如图2所示，供读者参考。

信号与控制实验报告

电气学科大类 2010 级 《信号与控制综合实验》课程 实验报告 (基本实验一:信号与系统基本实验) 同组者2 学号专业班号 指导教师 日期 实验成绩 评阅人

实验评分表

目录 实验一：常用信号的观察 (6) 实验任务与目的 (6) 总体方案设计 (6) 方案实现和具体设计 (7) 实验设计与实验结果 (7) 结果分析与讨论 (8) 实验二：零输入、零状态及完全响应 (9) 实验任务与目的 (9) 总体方案设计 (9) 方案实现和具体设计 (10) 实验设计与实验结果 (10) 结果分析与讨论 (11) 实验三：无源与有源滤波器 (12) 实验任务与目的 (12) 总体方案设计 (12) 方案实现和具体设计 (13) 实验设计与实验结果 (13) 结果分析与讨论 (20) 实验四：LPF、HPF、BPF、BEF间的变换 (21) 实验任务与目的 (21) 总体方案设计 (22)

方案实现和具体设计 (22) 实验设计与实验结果 (23) 结果分析与讨论 (32) 实验五：信号的采样与恢复实验 (34) 实验任务与目的 (34) 总体方案设计 (34) 方案实现和具体设计 (34) 实验设计与实验结果 (34) 结果分析与讨论 (42) 实验六：调制与解调实验 (42) 实验任务与目的 (42) 总体方案设计 (42) 方案实现和具体设计 (43) 实验设计与实验结果 (43) 结果分析与讨论 (45) 实验七：信号的产生、收集、处理、变换 和基于MATLAB的分析 (47) 实验任务与目的 (48) 总体方案设计 (48) 方案实现和具体设计 (49) 实验设计与实验结果 (56) 结果分析与讨论 (57)

华中科技大学_ 信号与系统实验报告

2012 级 《信号与控制综合实验》课程 实验报告 (基本实验一:信号与系统基本实验) 姓名学号U2012 专业班号电气12 同组者1 学号U2012 指导教师 日期 实验成绩 评阅人

实验评分表

目录 1实验一、常用信号的观察 (1) 2实验二、零输入相应、零状态响应及完全响应 (4) 3实验五、无源滤波器与有源滤波器 (9) 4实验六、LPF、HPF、BPF、BEF间的变换 (18) 5实验七、信号的采样与恢复 (25) 6实验八、调制与解调 (30) 7思考与体会 (31) 8参考文献 (39)

1 实验一常见信号的观察 1.1任务和目标 了解常见信号的波形和特点。了解常见信号有关参数的测量，学会观察常见信号组合函数的波形。学会使用函数发生器和示波器，了解所用仪器原理与所观察信号的关系。掌握基本的误差观赏和分析方法。 1.2原理分析 描述信号的方法有很多种，可以用数学表达式（时间的函数），也可以用函数图形（信号的波形）。

信号可以分为周期信号和非周期信号两种。普通示波器可以观察周期信号，具有暂态拍摄功能的示波器可以观察到非周期信号的波形。目前，常用的数字示波器可以非常方便地观察周期信号及非周期信号的波形。 1.3实验方案 （1）观察常用的正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号及一些组合函数的波形。 （2）用示波器测量信号，读取信号的幅值和频率。 1.4具体实现 （1）接通函数发生器电源。 （2）调节函数发生器选择不同频率、不同波形输出。 （3）用数字示波器观察各发生器输出函数波形、幅值、频率等特性。 1.5实验结果 （1）正弦信号观察与测量，波形如图1-1所示。