Лаба 1 (Исследования пассивных фильтров первого порядка) / Отчет

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Элементная база электроники»

Тема: Исследования пассивных фильтров первого порядка

Студент гр. 7501		Исаков А.О.
Студентка гр. 7501		Винограденко Ю.В.
Преподаватель		Егоров Д.А.

Санкт-Петербург

2019

Цель работы: Изучение прохождения переменного тока через простейшие электронные фильтры. Построение АЧХ и ФЧХ фильтров с применением специальных инструментов NI ELVIS и с помощью генератора сигналов и осциллографа.

Используемое оборудование: NI ELVIS Bode Analyzer, макетная плата NI ELVIS, резисторы, конденсаторы, аналоговый осциллограф, цифровой генератор сигнала.

Основные теоретические положения.

Фильтр – устройство, которое передаёт сигналы в определенной области частот и препятствует прохождению сигналов вне этой области. Пассивные фильтры – фильтры, состоящие только из пассивных компонентов и не требующие для своей работы каких-либо источников энергии.

Для оценки и анализа фильтров применяют понятия амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и фазо-частотной характеристики (ФЧХ).

АЧХ показывает зависимость амплитуды выходного сигнала некоторой системы от частоты её входного сигнала. На рисунке 1 изображена АЧХ некоего фильтра. Изменение амплитуды (коэффициент передачи) измеряют либо в децибелах (дБ), либо в разах, где единица – максимальная амплитуда, а нуль – минимальная. Важным параметром фильтра является частота среза (f_cut или f_с). Это некоторое значение частоты, где коэффициент передачи равен 0.707 от максимальной амплитуды (или -3 дБ) относительно которой производится расчёт фильтров по большинству существующих методик. Для изображенной на рисунке 1 АЧХ фильтра, зона от нулевой частоты до частоты среза называется полосой пропускания. Полоса пропускания – полоса частот, в которой сигнал с соответствующей частотой практически не ослабляется. То, что расположено за частотой среза называется полосой заграждения (подавления). Это область, в которой идет подавление сигнала. Крутизна частотной характеристики фильтра показывает скорость её спада.

Коэффициент передачи вычисляют по следующим формулам:

	(1)
	(2)

Где U_вых – выходное напряжение, В; U_вх – входное напряжение, В.

Формула 1 используется для вычисления коэффициента передачи в разах, а формула 2 для вычисления коэффициента передачи в дБ. По сути, обе формулы показывают одно и тоже. Поэтому выбор способа расчёта в большей степени зависит от личных предпочтений.

Рисунок 1. Пример АЧХ фильтра

Одним из самых простых способов классификации фильтров является разделение по виду АЧХ. Некоторые типы фильтров, в зависимости от вида их АЧХ, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Пример классификации фильтров по типу АЧХ

Название	Вид АЧХ	Электрическая схема
Фильтр нижних частот (ФНЧ)
Фильтр верхних частот (ФВЧ)

Обработка результатов эксперимента

1. Фильтр нижних частот (ФНЧ)

R = 1 кОм С = 100 мкФ

Рис. 1 фотография собранной схемы для ФНЧ

Рис.2 АЧХ и ФЧХ ФНЧ, полученные при помощи Bode Analyzer

Рис.3. АЧХ ФНЧ, построенная с помощью цифрового генератора сигналов и аналогового осциллографа

2. Фильтр верхних частот (ФВЧ)

R = 1 кОм С = 100 мкФ

Рис. 4 фотография собранной схемы для ФВЧ

Рис.2 АЧХ и ФЧХ ФНЧ, полученные при помощи Bode Analyzer

Рис.3. АЧХ ФВЧ, построенная с помощью цифрового генератора сигналов и аналогового осциллографа

Вывод: в результате лабораторной работы было изучено прохождения переменного тока через простейшие электронные фильтры. Построены АЧХ и ФЧХ фильтров с применением специальных инструментов NI ELVIS и с помощью генератора сигналов и осциллографа. По причине сбоев в работе оборудования для ФНЧ были получены не совсем достоверные результаты (очень маленькая амплитуда), хотя по форме графики схожи с теоретическими данными.