- •Лабораторная работа № 2 исследование электрических фильтров
- •Рабочее задание
- •1 Предварительный расчет (на базовом уровне)
- •На усложненном уровне
- •2 Задание на моделирование (на базовом уровне)
- •На усложненном уровне
- •3 Обработка результатов моделирования (на базовом уровне)
- •На усложненном уровне
- •Контрольные вопросы
На усложненном уровне
1.7 Рассчитать для заданного LC-фильтра постоянную k и частоту среза fС (на рисунке 3,а, б представлены схемы Т-образного и П-образного ФНЧ, а на рисунке 3в, г – схемы Т-образного и П-образного ФВЧ).
а б
в г
Рисунок 3
1.8 Для каждого значения частоты, указанного в таблице 4, определить для заданного LC-фильтра дискретные значения характеристической постоянной ослабления αС(f) и характеристической постоянной фазы βС(f), а также рассчитать сопротивление нагрузки в согласованном режиме ZС(f) в пределах полосы пропускания. Полученные значения занести в таблицу 4.
1.6 Рассчитать для заданных частот в полосе задержания индуктивность катушки или емкость конденсатора, которая обеспечивает согласованную нагрузку фильтра. Полученные значения занести в таблицу 4.
Таблица 4. LC-фильтр
n = f / f0 |
0,1 |
0,4 |
0,7 |
1 |
2 |
4 |
6 |
|||||||
f, Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Расчет |
||||||||||||||
С, дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
С , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ZС, Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
L, мГн / С, мкФ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Эксперимент в согласованном режиме |
||||||||||||||
С экс., дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
С экс., |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Эксперимент при сопротивлении нагрузки, равном k Ом |
||||||||||||||
экс., дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
экс., |
|
|
|
|
|
|
|
2 Задание на моделирование (на базовом уровне)
2.1 Загрузить ELECTRONICS WORKBENCH в оперативную память ПЭВМ.
2.2 Собрать на рабочем поле монтажного стола макет электрической цепи, рассчитанной в п.п. 1.1-1.2. На рисунке 4,а показана схема для моделирования RC ФНЧ.
2.3 Установить для источника ЭДС действующие значения напряжения U1 = 10 В и частоту f = 50 Гц, а значения параметров фильтра в соответствии с вариантом задания.
2.4 Подключить к схеме фильтра измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter – измеритель диаграмм Боде) из приборной панели. Развернуть изображение Bode Plotter двойным нажатием клавиши мыши по нему, и выполнить его настройку. Убедиться в том, что активизирован режим измерения АЧХ Magnitude. Установить логарифмический масштаб Log для частоты в Гц, откладываемой по оси Х Horizontal и десятичный масштаб Lin для измеряемой безразмерной величины KU, откладываемой по вертикали Vertical. Подобрать с помощью соответствующих счетчиков такие начальные I и конечные F значения измеряемой величины и частоты, чтобы АЧХ размещалась в максимальном масштабе на всем экране Bode Plotter (рисунок 4,б).
а
б в
1 2 3 4
Рисунок 4
2.5 Переместить визирную линию (1 на рисунке 4,б) с помощью мыши или с помощью управляющих кнопок (2 на рисунке 4,б) до тех пор, пока в окне 3 не появится значение KU 0,707 либо -3 дБ в случае выбора логарифмического масштаба по оси Vertical (на рисунке 4,б это значение равно «0.702»). При этом в окне 4 отобразится значение частоты среза fС (на рисунке 4,б это значение равно «97.75 Hz»). Скопировать с помощью команды Edit/Copy as Bipmap изображение моделируемой схемы и АЧХ изBode Plotter в буфер обмена, а затем вставить их в отчет о выполнении работы.
2.6 Переключить Bode Plotter в режим измерения ФЧХ Phase. При этом в окне 3 отобразится значение фазового сдвига, соответствующего частоте среза (на рисунке 4,в это значение равно «-45.37»). Вставить изображение ФЧХ из Bode Plotter в отчет о выполнении работы.
2.7 Переключить Bode Plotter режим измерения АЧХ Magnitude. Определить с помощью визирной линии точные значения частоты задержания fЗ, установив ее на уровень соответствующий KU 0,1 (либо -20 дБ в случае выбора логарифмического масштаба по оси Vertical). При этом в соответствующем окне 4 отобразится значение частоты задержания fЗ. Вставить изображение АЧХ из Bode Plotter в отчет о выполнении работы.
2.8 Переключить Bode Plotter в режим измерения ФЧХ Phase. При этом в окне 3 отобразится значение фазового сдвига, соответствующего частоте задержания исследуемого фильтра. Вставить изображение ФЧХ из Bode Plotter в отчет о выполнении лабораторной работы.
2.9 Подключить на выход исследуемого RC-фильтра сопротивление нагрузки 100 Ом и повторить п.п. 2.5-2.6.
2.10 Собрать на рабочем поле монтажного стола макет электрической цепи, рассчитанной в п.п. 1.4-1.5. Вставить в отчет по лабораторной работе схему для моделирования заданной цепи и соответствующие изображения Bode Plotter для АЧХ и ФЧХ, с визирной линией, установленной на частоты f0, fС1, fС2, fЗ1, fЗ2.