實驗五 濾波電路
零件
電感 10mH 一枚；
電阻 10kΩ 三枚；
1kΩ、4.7kΩ 各一枚；
電容 0.01µF、0.1µF、4.7µF 各一枚；
OP Amp. LF411 一枚。
目的
瞭解及測試有源（active）及無源（passive）濾波電路。
相關知識
(1)
基本交流電路理論及Bode Plot(2)
一階及二階被動（無源）濾波器。(3)
簡易主動（有源）濾波器。reading
請同學複習一下補充資料（三）、（四）及（五）。
程序
＜零＞
本實驗均使用示波器探針的x10檔。
將示波器的探針(CH1及CH2)調在10x檔，依照補充資料（五）或（二）中之方法 調整你的探針，使他們在最好的工作狀態。這時示波器上的讀值需x10才是真正 值。
＜一＞無源（passive)RC一階低通濾波器(Low-Pass Filter)：
LP濾波器電路如下：
無源低通濾波器
(1)
Vin用振幅為10V正弦波輸入，頻率由100Hz掃到100kHz，在100, 200, 400, 700, 1k, 2k, 4k, 7k, 10k, 20k, 40k, 70k及100kHz頻率，仔細測量Vout之大小及Vout和Vin之 間的相位差，畫出Bode Plot（包括 VV
out in
用dB表示，V V
out in
之相位用“度”表示，橫 軸為log f ）。
(2)
此濾波器之-3dB頻率（f−3dB或簡寫為f3dB）為何？在f3dB時，Vout和Vin之相位差 為多少？Note: 1.相位量法
2.在f3dB時， V V
out in
=
0 707.(3)
負載效應：在此濾波器之輸出端（即Vout）加上一個10kΩ的電阻到地（Ground）， 重複步驟(1)和(2)。＜二＞無源RC一階高通濾波器(High-Pass Filter)：
HP濾波器只要將上面LP濾波器電路中之R和C對調即可：
重複程序（一）中步驟(1)到(3)。這時之相位差可能是負的。
＜三＞有源（active）低通濾波器：
下圖為利用OP Amp.所設計的簡單有源低通濾波器，同學可參考課本（N. R.
Malik）的第80到84頁。記得OP Amp.要接直流電源（±15Volts）。
重複程序一之步驟(1)~(3)。
TIME Vin(ch1)
ΔT
) 2 or ( 360
° π
∆ ×
= Φ T
T
T
Vout(ch2)
高通濾波器
＜四＞有源高通濾波器：
下圖為利用OP Amp.所設計的簡單有源高通濾波器
重複程序一之步驟(1)~(3)。
＜五＞帶通濾波器(Band-Pass Filter)：
下圖是由簡單RLC共振電路所構成之BP濾波器：
(1)
Vin之頻率由400Hz掃到40KHz，記錄 V Vout in
及相位差，畫出Bode Plot。
(2)
你會發現有兩個f3dB，我們記做f3LdB及f3HdB，如圖。找出f0，f3LdB及f3HdB。 有源低通濾波器有源高通濾波器
帶通濾波器
0.01μ
(3)
假如把電路中併聯之L及C改為串聯，即：重複步驟(1)、(2)，結果有何不同？
＜六＞阻隔電容(Blocking Capacitor)：
最後我們來測一個奇怪有趣的電路：
＊注意電容之極性！
Vin用1KHz振幅為2V之弦波輸入，Vout為何？注意Vout之DC成分。改變Vin之直流 成分（例如Vin之DC offset調為 +1V或 -1V）對Vout有沒有影響？這個電路中的電 容有什麼功用？
1 0.707
Vin Vout
fL3dB f0 fH3dB logf BW
問題與討論
*1. 由程序一的步驟(1)所得的Bode Plot，在f3dB以上的部份，輸出振幅以何斜率
（dB/Dec）衰減？你所得的f3dB和理論值相符嗎？相位呢？
2. 程序一的步驟(3)的結果和前面沒有負載的情形有何不同？為什麼？
*3. 由程序二的步驟(1)所得的Bode Plot，在f3dB以下的部份，輸出振幅以何斜率
（dB/Dec）衰減？你所得的f3dB和理論值相符嗎？相位呢？
4. 程序二的步驟(3)的結果和前面沒有負載的情形有何不同？為什麼？
5. 程序三和四的結果和程序一和二的有何不同？為什麼？（請特別注意負載效 應）
6. 程序五中電感電容並聯的結果和二者串聯的有何不同？請解釋。
*7. 程序六中的電容有何功用？
