模拟低通滤波器的设计与测试分析范本模板.docx

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模拟低通滤波器的设计与测试分析范本模板

《信号系统与信息处理综设实验》

《模拟低通滤波器的设计与测试分析》

院系：

物理与电信工程学院

年级：

本科生2011级

姓名：

李杰

学号:

20113100064

日期：

2013年05月18日

五、硬件测试10

六、实验结果分析10

模拟低通滤波器的设计与测试分析

一、实验目的

在软硬件常规实验的基础上,运用“信号与系统”的理论知识，设计、分析、测试基本电路系统，初步掌握综合运用理论知识、软件仿真以及硬件测试进行简单系统的设计与分析的基本方法。

为同学创造应用实践的契机，培养同学的自学能力和钻研能力。

二、设计要点

1、选取低通滤波器，制作硬件电路。

2、系统的软件仿真内容可选取时域、频域和S域中的部分内容或全部内容.如在时域中分别研究系统的冲激响应、阶跃响应,以及不同激励信号下的系统零状态响应;在频域中的幅频特性、相频特性等。

3、对自己制作的硬件电路，完成系统特性的相关测试。

如冲激响应、阶跃响应、频响曲线等.

三、电路设计

1、电路图

图1有源低通滤波器电路图

选取电阻、电容、运算放大器构成上图所示二阶有源低通滤波器。

2、传递函数的计算

如上图所示，其传递函数为

用代入上式,则有

幅频响应:

相频响应：

其中，为特征角频率,也是时的3dB截止角频率，此时,即截止角频率为。

四、软件仿真

所使用的仿真软件：

SystemView

1、在SystemView中连线，如下图所示

图2二阶有源低通滤波器仿真

Sink0和Sink1为输入信号，Sink3为传递函数（设置低通滤波器参数）,Sink4显示Sink0的波形,Sink5显示Sink1的波形，Sink6显示Sink0和Sink1相加后的波形，Sink7显示Sink6经过传递函数后的输出波形。

传递函数参数的设置如图3所示.

图3传递函数的设置

2、只选用Sink0（取冲激函数：

起始时间为0.5s，幅度为1V）作为输入信号，Sink7显示的波形如图4所示。

图4冲激响应

其波形与冲激信号基本一致，冲激信号出现后，波形出现振荡。

3、只选用Sink0（取阶跃函数：

起始时间为0。

5s，幅度为1V）作为输入信号，Sink7显示的波形如图5所示。

图5阶跃响应

其波形与阶跃信号基本一致,阶跃信号出现后,波形出现振荡.

4、只选用Sink0作为输入信号，选取幅度为1V、频率为5000Hz（小于）的正弦波函数，Sink4显示的波形如图6（a）所示。

图6（a）频率为5000Hz的正弦波

Sink7显示的波形如图6（b）所示。

图6（b）低频正弦波响应

对比图6（a）与图6（b）可知，低频响应的幅度接近输入信号的幅度,符合低通滤波器的滤波特性。

5、只选用Sink0作为输入信号，选取幅度为1V、频率为20KHz（大于）的正弦波函数，Sink4显示的波形如图7（a）所示。

图7（a）频率为20KHz的正弦波

Sink7显示的波形如图7（b）所示.

图7（b）高频正弦波响应

对比图7（a）与图7（b）可知，高频响应的幅度较低，符合低通滤波器的滤波特性。

6、选用Sink0和Sink1作为输入信号，其中Sink0为幅度1V、频率10KHz的正弦波,Sink1为幅度1V、频率100KHz的正弦波,波形分别如图8（a）（b）所示。

图8（a）10KHz正弦波

图8（b）100KHz正弦波

Sink6显示两者相加后的波形,如图8（c）所示。

图8（c）两正弦波叠加

Sink7显示两正弦波叠加后经过传递函数的波形，如图8（d）所示。

图8（d）过滤后的波形

对比图8各个波形可知,经过低通滤波器后，100KHz的正弦波基本被过滤掉，波形与10KHz的波形基本一致,存在一定震荡.

7、点击传递函数查看波特图，可观察到该低通滤波器的幅频特性及相频特性，如图9所示。

图9幅频特性和相频特性

左边纵轴为幅频特性曲线的读数，右边纵轴为相频特性曲线的读数。

五、硬件测试

1、实际电路如图10所示。

图10实际二阶有源低通滤波电路

2、时域及频域的硬件测试结果与软件仿真结果基本一致。

实验步骤及结果略。

六、实验结果分析

1、实验中，输入为冲激（阶跃）信号时,通过滤波器后输出波形与冲激（阶跃）信号基本一致,冲激（阶跃）信号出现后存在一定震荡。

与理论基本一致.

2、实验中，当输入为高频率（100KHZ）正弦波与低频率（10KHZ）正弦波叠加时，通过低通滤波器后，高频率正弦波被滤去，剩下低频率正弦波,但存在一定的震荡。

与理论基本一致。

3、由实验幅频特性曲线可知,当f≈16KHZ时,幅度下降3db即进入截止状态，与理论计算的结果基本一致。