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模拟电子技术仿真实验(五):RC有源滤波器

2022-10-25 00:00 作者:_Ottava  | 我要投稿

在2022.11.04前,本文的思路都不保证正确

(点赞或者评论可以留下浏览记录,后续发现错误修改后可以站内私信你说明之前哪写错了) 

【2022-11-03】思考题&插图更新

之前的波特测试仪y轴显示范围是可以调的,默认是0dB到-200dB,所以放大段都没显示出来,已经更换了插图

思考题1):从电压转移函数表达式和实验结果分析、比较无源滤波器与有源滤波器的特点

直接抄书

《模拟电子技术实验》P193~194

思考题2):讨论运算放大器的闭环增益对有源滤波器特性的影响(仅供参考)

(可以直接拉到这一部分的最后看结论)

对于一个运算放大器,他的单位增益带宽(大概)是一个定值

关于单位增益带宽的描述,于同日更新在了上一个仿真实验中,建议先看一下这个

一个大致的式子:

X%E5%80%8D%E5%A2%9E%E7%9B%8A%E4%B8%8B%E7%9A%84%E9%80%9A%E9%A2%91%E5%B8%A6%3D%5Cfrac%7B%E5%8D%95%E4%BD%8D%E5%A2%9E%E7%9B%8A%E5%B8%A6%E5%AE%BD%7D%7BX%7D

因此,闭环增益越大,运放的通频带越小

一个常见的例子,就是这个实验中高通滤波器的通带频率不能达到无穷大

《模拟电子技术实验》P197
高通滤波器幅频特性曲线

实验中是2倍增益,对应f_H=507.325kHz,可以认为是单位增益带宽(926.521kHz,测量方式在仿真实验4)/2(2倍增益)

因此可以想象,当闭环增益很大时,运放的通频带很小

我们改到一个比较极端的情况:增益为11倍


增益=1+R2/R1=11
不太正常的有源高通滤波器

如果考虑11倍增益(20.8dB)的话,已经找不到高通滤波器的通带了

同样的,我们也可以迫害低通滤波器

将闭环增益设置为11

不太正常的有源低通滤波器

下面正常实验中低通中频段大约到1kHz,这里只剩83Hz了

总结:X%E5%80%8D%E5%A2%9E%E7%9B%8A%E4%B8%8B%E7%9A%84%E9%80%9A%E9%A2%91%E5%B8%A6%3D%5Cfrac%7B%E5%8D%95%E4%BD%8D%E5%A2%9E%E7%9B%8A%E5%B8%A6%E5%AE%BD%7D%7BX%7D,闭环增益增大,放大器的通频带减小,不再能进行较好的放大,滤波器中频段变窄。

    仿真文件已上传至http://82.157.203.69/Analog_electronic_technology/Multisim_Simulation_Files/Experiment_5/

欢迎使用本网站!

按图插接电路,测量二阶低通、高通有源滤波器的频率特性,U_i%3D0.1V(可以适当调大)

(1)二阶低通有源滤波器

箭头指向处无点,不连接!
闭环增益 A=2 ,运算放大器工作正常。
幅频特性曲线

一些幅频特性曲线上的点:(对数坐标系,每向右一格,频率*10)

(这里的增益是Vo相对于Vi的增益,要求画的是Vo在不同频率下相对于中频Vo的增益,如果纵坐标是分贝的话,只是上下平移的工作,书上模拟的纵坐标是倍数)

(10Hz%2C6.021dB)

(500Hz%2C6.431dB)

(“增益较平坦那段(“10Hz~1kHz”)”,就选了500Hz时作为0dB点,因人而异)

(1kHz%2C7.226dB)

(1.967kHz%2C3.43dB)(-3dB截止频率点)

(29.512kHz%2C-40.224dB)(最低点)

(1.349MHz%2C-18.657dB)(最低点右的最高点)

相频特性曲线

一些相频特性曲线上的点:(对数坐标系,每向右一格,频率*10)

(实际实验时,我猜时是添加测量通道1->通道2的相移)

(100Hz%2C-3.622Deg)

(1kHz%2C-46.319Deg)(要求测的点)

(10kHz%2C-175.414Deg)

(100kHz%2C-281.087Deg)

(1MHz%2C-339.725Deg)

(10MHz%2C-359.89Deg)

(2)二阶高通有源滤波器

同上,箭头指向处不连接。
闭环增益 A=2 ,运算放大器工作正常。
幅频特性曲线

一些幅频特性曲线上的点:(对数坐标系,每向右一格,频率*10)

(100Hz%2C-42.033dB)

(1kHz%2C-0.844dB)

(10kHz%2C6.068dB)(“10khz左右增益比较平坦”选这个作为了0dB点,因人而异)

(500.08kHz%2C3.068dB)(-3dB截止频率点)

(4.266MHz%2C-24.908dB)(10kHz右的最低点)

相频特性曲线

一些相频特性曲线上的点:(对数坐标系,每向右一格,频率*10)

(100Hz%2C176.378Deg)

(1kHz%2C133.679Deg)   

(3kHz%2C35.789Deg)(要求测的点)

(10kHz%2C7.946Deg)

(100kHz%2C-11.593Deg)

(1MHz%2C-83.711Deg)

(10MHz%2C-2.031Deg)

【思考题】

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