Лабораторная работа N 3. Фильтры

Исследование пассивного фильтра нижних частот (ФНЧ)

 

Подготовка к выполнению работы

 

Схема пассивного RC-фильтра нижних частот первого порядка показана на рисунке 2.3.

 

 

Вариант	С, нФ	R1, кОм	R2, кОм
		0,5
		0,2
		0,4
		0,2
		0,3
		0,5
		0,2
		0,3
		0,2
		0,1
		0,05
		0,2
		0,3

Для всех схем в лабораторной работе значения С и R задаются преподавателем в соответствии с номером варианта.

Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:

К(w) = ,

где частота среза w₀ = 1/RC = 2 π f

 

Порядок выполнения работы

 

1.1 Собрать схему в программе WorkBench, как показано на рисунке 2.4. К выходу и входу подключить Бодэ-плоттер и осциллограф (использовать 2 канала осциллографа: А и В). На вход подать сигнал от функционального генератора. Сопротивление резистора установить равным R₁.

 

 

Рисунок 2.4 – Схема для исследования ФНЧ

 

С многофункционального генератора подать прямоугольные импульсы амплитудой 10 В, скважность – 0,5 (меандр). Частота импульсов – 1 кГц.

1.2 Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный (а не логарифмический) масштаб по осям f и К (lin).

Замечание: пределы коэффициента передачи (масштаб Vertical) установить от 0 до 1, пределы частоты (Horizontal) – ориентировочно от 1 mHz до 100 kHz. Для измерения АЧХ установить режим Magnitude, для измерения ФЧХ – Phase и пределы фазы – от -90⁰ до 0.

1.3 Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе, (при этом, кроме Боде-плоттера удобно использовать инструмент Display Graphs на панели инструментов).

1.4 По полученной АЧХ определить частоту среза фильтра. При этом удобно пользоваться вертикальной линейкой указателя в окне Боде-плоттера.

1.5 Установить логарифмический масштаб по осям f и К (log).

1.6 Зарисовать АЧХ в логарифмическом масштабе.

1.7 По полученной с помощью Боде-плоттера АЧХ в логарифмическом масштабе определить частоту среза фильтра.

1.8 Рассчитать теоретическое значение частоты среза w₀ по формуле. Сравнить полученные значения.

1,9 При помощи осциллографа наблюдать входной и выходной сигнал, используя 2 канала осциллографа. Зарисовать временные диаграммы при сопротивлениях резистора, равных. R₁ и R₂.

 

Замечание: масштаб усиления в каналах А и В установить примерно 10 V/div (т, е. 10 Вольт в 1 делении), масштаб развёртки – примерно 0.20 ms/div, т. е. 0,2 мс в 1 делении.

 

Исследование пассивного фильтра верхних частот (ФВЧ)

 

Подготовка к выполнению работы

 

Схема пассивного RC -фильтра верхних частот 1 порядка показана на рисунке 2.5.

 

 

Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:

К(w) = где частота среза w₀ = 1/RC = 2 π f

Схема ФВЧ исследуется в работе совершенно аналогично 1-й части - ФНЧ.

 

Порядок выполнения работы

 

2.1. – 2.9. Выполнить совершенно аналогично пунктам 1.2. – 1.9. Единственное отличие – поменять в схеме R и C местами, пределы измерения фазы – от 0 до +90⁰.

Исследование полосового фильтра (ПФ)

 

Подготовка к выполнению работы

 

Схема ПФ в виде моста Вина показана на рисунке 2.6.

 

Максимальный коэффициент передачи такого фильтра определяется по формуле:

К₀ =

где w₀ = 1/RC = 2πf – частота, на которой коэффициент передачи максимален.

В данном случае К₀ = 1/3, т. к. R₁= R₂= R, C₁= C₂= C),

 

Порядок выполнения работы

 

3.1 Собрать схему моста Вина в программе WorkBench, (аналогично предыдущим, подключив функциональный генератор и Боде-плоттер).

При снятии АЧХ при помощи Боде-плоттера режим работы функционального генератора не учитывается, поэтому в данной части работы генератор можно установить в любой режим (но подключить его нужно обязательно).

3.2 Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный масштаб по осям f и К

3.3 Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе.

3.4 По полученной АЧХ определить частоту w₀ максимального коэффициента передачи фильтра.

3.5 Рассчитать теоретическое значение частоты w₀ по формуле. Сравнить полученные значения.

 

Содержание отчёта

 

Для ФНЧ и ФВЧ в отчёте должны быть представлены:

- схема и номиналы элементов;

- графики АЧХ в линейном и логарифмическом масштабах. На графиках должны быть показаны частоты среза w₀;

- график ФЧХ, на котором должны быть показана частота среза w₀;

- расчёт теоретического значения частоты среза w₀;

- временные диаграммы входного и выходного сигналов для двух значений параметров R и C.

 

Для полосового фильтра должны быть представлены:

- схема и номиналы элементов;

- графики АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе с отмеченным значением w₀.

- расчёт теоретического значения частоты w₀;

 

Контрольные вопросы

 

Определение, классификация электрических фильтров.

Схемы и расчётные формулы для ФВЧ, ФНЧ, ПФ, РФ 1-го порядка.

Вид графиков АЧХ и ФЧХ. Порядок фильтра.