集成运放有源滤波器设计实验：低通、高通与带通滤波

"这篇实验报告主要讨论了集成运算放大器在有源滤波器中的应用，涉及二阶RC有源低通、高通和带通滤波器的设计和调试。实验目的是让学生掌握如何利用F007运放构建不同类型的滤波器，并通过实验验证滤波器的性能。实验中，学生需要设计并测量滤波器的频率响应、截止频率以及增益。此外，还提出了将低通和高通滤波器组合成带通滤波器的扩展命题，并要求测量其中心频率、增益、通频带和Q值等参数。" 实验报告详细内容: 实验以集成运算放大器F007为核心，探讨了在有源滤波器中的应用，具体包括二阶RC有源低通滤波器、高通滤波器以及带通滤波器的设计。实验要求学生首先设计一个二阶RC有源低通滤波器，设置截止频率fH为10kHz，增益Au为2。接着，设计一个二阶RC高通滤波器，设置截止频率fL为5kHz，增益同样为2。这些设计需要基于特定的RC元件值，可以通过查找表格来确定。 二阶RC有源低通滤波器的设计涉及到快速设计法，其电路结构通常包含两个相同电阻R1和R2以及两个相同电容C1和C2。根据公式(1)，上限截止频率fH与电容值有关，而电压增益由公式(2)计算，品质因数Q值需满足稳定性条件，一般小于10（公式(3)）。 设计步骤包括根据所需截止频率从预设的电容值对照表中选取合适的电容，然后计算其他元件的值以满足增益和截止频率的要求。在实际操作中，学生需要使用测量仪器如万用表、信号源、示波器等进行电路搭建和参数测量。 对于扩展命题，学生需要将之前的低通和高通滤波器串联起来，形成一个带通滤波器。这要求测量带通滤波器的中心频率f0、中心频率增益Au(f0)、通频带宽度BW-3dB以及Q值。中心频率是滤波器允许通过的频率范围的中心，增益是该频率下的放大倍数，通频带表示在-3dB衰减时的频率范围，而Q值是衡量滤波器选择性的参数。 通过这个实验，学生不仅学习了如何利用集成运放设计不同类型的滤波器，还掌握了滤波器的基本性能参数的测量方法，深化了对有源滤波器工作原理的理解。这样的实践教学有助于提高学生的动手能力和理论联系实际的能力，为今后在电子工程领域的深入研究打下坚实的基础。