在《模拟对话》2017年12月文章中介绍SMU ADALM1000之后，我们希望继续进行一些小的基本测量。如需参阅之前的ADALM1000文章，请点击此处。
目标：
本实验活动的目标是通过获取RC低通滤波器和RL高通滤波器的频率响应来研究分析无源滤波器的特性。
背景：
无源滤波器由电阻、电容和电感等无源元件组成，，但不包括运算放大器、晶体管等放大器元件。因为没有信号增益，无源滤波器的输出电平总是小于输入。
电容和电感的阻抗与频率相关。电感阻抗与频率成正比，电容阻抗与频率成反比。可利用这些特性来选择或抑制输入信号的某些频率。这种对频率的选择和抑制称为滤波，执行滤波的电路称为滤波器。
如果滤波器通过高频并抑制低频，则它是高通滤波器。反之，如果它通过低频并抑制高频，则它是低通滤波器。与大多数事物一样，滤波器不可能很完美。它们不可能绝对通过某些频率并绝对抑制其他频率。如果信号输出幅度（电压幅度）在最大幅度的70％或1/√2范围内，则认为通过该频率，否则为抑制该频率。70％幅度处的频率称为截止频率、滚降频率或半功率频率。
在低频时，与电阻R的阻值相比，电容阻抗非常大。这意味着电容两端的电压电位Vo将远远大于电阻两端的电压降。在高频时则正好相反，由于电容阻抗值的变化，Vo 很小而VR1 很大。
RC滤波器的截止频率：
在低频时，与电阻R的阻值相比，电感阻抗非常小。这意味着电感两端的电压电势Vo将远远小于电阻两端的电压降。在高频时则正好相反，由于电感阻抗值的变化，Vo 变得很大而VR1 变得很小。
RL滤波器的截止频率：
频率响应：滤波器输出电压幅度与频率成函数关系的曲线图。它通常用于表征滤波器的正常工作频率范围。
材料：
- ADALM1000 硬件模块
- 电阻 (1 kΩ)
- 电容 (1 μF)
- 电感 (20 mH)
步骤：
- RC低通滤波器：
图5.RC电路试验板连接。 - 在无焊试验板上搭建如图2所示的RC电路，使用的元件为 R1 = 1 kΩ, C1 = 1 μF.
- 将 Channel A AWGMin值设为0.5 V，Max值设为4.5V，从而生成一个峰峰值为4 V，中心为2.5 V的正弦波，作为输入电压施加于电路。在AWG A Mode下拉菜单中选择SVMI模式。在AWG A Shape下拉菜单中选择正弦波。在AWG B Mode下拉菜单中选择高阻抗模式。
- 在ALICE 曲线下拉菜单中选择显示CA-V和CB-V。在触发器下拉菜单中选择CA-V和自动电平。将迟缓设为2(ms)。调节时间基准，直到显示屏方格上大约可显示两个周期的正弦波信号。在Meas CA下拉菜单中选择CA-V下的峰峰值，并对CB执行同样操作。同样，在Meas CA菜单中选择A-B相位。
- 从50 Hz低频开始，在示波器屏幕上测量输出电压CB-V的峰峰值。它应当与通道A的输出相同。小幅逐步增加通道A的频率，直到通道B的峰峰值电压大约为通道A的峰峰值电压的0.7倍。计算70％ V p-p的值并在示波器上获得达到这一电压值时的频率。这样就得到了构建的RC低通滤波器的截止（滚降）频率。
- RL高通滤波器
图6.RL电路试验板连接。 - 在无焊试验板上搭建如图3所示的RL电路，使用的元件为 R1 = 1 kΩ, L = 20 mH.
- 重复A中的步骤2和3，获得示波器输出。
- 从20 kHz高频开始，在示波器屏幕上测量输出电压CB-V的峰峰值。它应当与通道A的输出相同。小幅逐步降低通道A的频率，直到通道B的峰峰值电压大约为通道A的峰峰值电压的0.7倍。计算70％ V p-p的值并在示波器上获得达到这一电压值时的频率。这样就得到了构建的RL高通滤波器的截止（滚降）频率。
问题：
使用公式1和公式2计算RC低通和RL高通滤波器的截止频率。将计算所得的理论值与实验测量值进行比较，并对任何可能的差异做出合理的解释。
附录：
使用其他元件值
在指定值不易获得的情况下，可以用其他元件值代替。元件的电抗（XC或XL）随频率而变化。例如，若使用4.7 mH电感，而不是要求的47 mH电感，那么只需将测试频率从250 Hz提高到2.5 kHz即可。用1.0μF电容替换指定的10.0μF电容时也是如此。
使用RLC阻抗计工具
ALICE Desktop（桌面工具）包括一个阻抗分析仪/RLC仪，可用于测量串联电阻(R)和电抗(X)。作为本实验活动的一部分，使用此工具测量元件R、L和C以确认测试结果可能是有益的。
注释：
与所有ALM实验室一样，当涉及与ALM1000连接器的连接和配置硬件时，我们使用以下术语。绿色阴影矩形表示与ADALM1000模拟I/O连接器的连接。模拟I/O通道引脚被称为CA和CB。当配置为驱动电压/测量电流时，添加-V，例如CA-V；当配置为驱动电流/测量电压时，添加-I，例如CA-I。当通道配置为高阻态模式以仅测量电压时，添加-H，例如CA-H。
示波器迹线同样按照通道和电压/电流来指称，例如：CA-V和CB-V指电压波形，CA-I和CB-I指电流波形。
对于本文示例，我们使用的是ALICE 1.1版软件。
文件：alice-desktop-1.1-setup.zip。请点击 此处下载。
ALICE桌面软件提供如下功能：
- ALICE桌面软件提供如下功能：
- ► 双通道任意波形发生器(AWG)控制。
- ► X和Y显示，用于绘制捕捉的电压/电流与电压/电流数据，以及电压波形直方图。
- ► 双通道频谱分析仪，用于频域显示和电压波形分析。
- ► 波特图绘图仪和内置扫描发生器的网络分析仪。
- ► 阻抗分析仪，用于分析复杂RLC网络，以及用作RLC仪和矢量电压表。
- ► 一个直流欧姆表相对于已知外部电阻或已知内部50 Ω电阻测量未知电阻。
- ► 使用ADALP2000模拟器件套件中的AD584精密2.5 V基准电压源进行电路板自校准。
- ALICE M1K 电压表。
- ALICE M1K 表源。
- ALICE M1K 桌面工具。
欲了解更多信息，请点击此处。
注：需要将ADALM1000连接到你的PC才能使用该软件。
