lab_1
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра САПР
отчет
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Схемотехника»
Тема: Исследование RC-фильтров нижних и верхних частот во временной и частотной областях.
|
Студентка гр |
|
|
|
Преподаватель |
|
Андреев В.С. |
Санкт-Петербург
2019
Цель работы.
Исследование RC-фильтров нижних и верхних частот во временной и частотной областях.
Задачи.
В данной лабораторной работе поставлены следующие задачи:
1. Построить компьютерные модели RC-фильтров нижних и верхних частот в среде NI Miltisim;
2. Исследовать реакцию моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа;
3. Построить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазо-частотные характеристики (ФЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде;
4. Сконструировать схемы RC-фильтров нижних и верхних частот из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS;
5. Повторить со схемами RC-фильтров пункты 2 и 3, используя осциллограф и плоттер Боде учебной станции NI ELVIS;
6. Сравнить характеристики компьютерных моделей и сконструированных схем, сделать выводы по проделанной работе.
Основные теоретические положения.
Фильтр низких
частот без изменений пропускает
постоянную составляющую и подавляет
все, что выше, чем
. Постоянная составляющая проходит
напрямую, а переменная составляющая
через конденсатор гасится на землю.
Схема фильтра приведена на рис. 1.
Рисунок 1 – фильтр нижних частот.
Фильтр верхних частот пропускает высокие частоты входного сигнала, при этом подавляя частоты сигнала ниже частоты среза. Степень подавления зависит от конкретного типа фильтра. Простейший электронный фильтр верхних частот состоит из последовательно соединённых конденсатора и резистора. Конденсатор пропускает лишь переменный ток, его реактивное сопротивление понижается с увеличением частоты. Схема фильтра приведена на рис. 2.
Рисунок 2 – фильтр высоких частот.
Экспериментальные результаты.
Для создания фильтров были использованы резистор на 100 Ом и конденсатор на 4.7 мФ.
В ходе моделирования фильтра верхних частот в приложении Multisim были получены осциллограмма, приведённая на рис. 3, и диаграмма Боде, приведённая на рис.4.
Рисунок 3 – осциллограмма фильтра высоких частот.
Рисунок 4 – диаграмма Боде фильтра высоких частот.
Затем фильтр верхних частот был собран на установке ELVIS и с помощью неё были получены осциллограмма, приведённая на рис. 5, и диаграмма Боде, приведённая на рис. 6.
Рисунок 5 – осциллограмма собранного фильтра высоких частот.
Рисунок 6 – диаграмма Боде собранного фильтра высоких частот.
В ходе моделирования фильтра нижних частот в приложении Multisim были получены осциллограмма, приведённая на рис. 7, и диаграмма Боде, приведённая на рис. 8.
Рисунок 7 – осциллограмма фильтра низких частот.
Рисунок 8 – диаграмма Боде фильтра низких частот.
Затем фильтр верхних частот был собран на установке ELVIS и с помощью него были получены осциллограмма, приведённая на рис. 9, и диаграмма Боде, приведённая на рис. 10.
Рисунок 9 – осциллограмма собранного фильтра низких частот.
Рисунок 10 – диаграмма Боде собранного фильтра низких частот.
Также были сделаны осциллограммы фильтра высоких частот при частоте 50Гц, приведённая на рис. 11, и фильтра низких частот при частоте 1000Гц, приведённая на рис. 12
Рисунок 11 – осциллограмма фильтра низких частот при частоте 50Гц.
Рисунок 12 – осциллограмма фильтра низких частот при частоте 100Гц.
Выводы.
Были компьютерные модели RC-фильтров нижних и верхних частот в среде NI Miltisim, и были собраны схемы из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS. Была исследована реакция моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа и были построены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазо-частотные характеристики (ФЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде. Аналогичные характеристики были получены со схемы из реальных компонентов.
В результате можно сделать вывод, что результаты моделирования фильтров верхних и нижних частот в Multisim схожи с результатами экспериментальной установки собранной на NI ELVIS. Это говорит, что использованная формула для расчёта частоты среза верна и компьютерный макет, и схема собраны верно. Полученные небольшие различия в характеристиках появляются из-за несовершенства материалов, скрытых дефектов компонентов и неточностей измерений в реальном мире.