ЭиМТ_ЛР8_9502_Камышанова_Изланова_Позняк
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра БТС
ОТЧЕТ по лабораторной работе №8
по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника» ТЕМА: Изучение свойств активных фильтров на операционных усилителях
|
|
|
Изланова А.Е. |
|
|
|
Камышанова О.А. |
Студентки гр. 9502 |
|
|
Позняк В.Ю. |
Преподаватель |
|
|
Корнеева И.П. |
|
Санкт-Петербург |
||
|
2021 |
|
|
Цель работы: снятие амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик активных фильтров.
Используемое оборудование: работа выполняется в виде компьютерной симуляции с использованием САПР Микрокап.
Основные теоретические положения
В электрических, радиотехнических и телемеханических установках часто решается задача: из совокупного сигнала, занимающего широкую полосу частот, выделить один или несколько составляющих сигналов с более узкой полосой. Сигналы заданной полосы выделяют при помощи частотных электрических фильтров.
К частотным электрическим фильтрам различной аппаратуры предъявляются разные, порой противоречивые требования. В одной области частот, которая называется полосой пропускания, сигналы не должны ослабляться, а в другой, называемой полосой задерживания, ослабление сигналов не должно быть меньше определенного значения. Фильтр считают идеальным, если в полосе пропускания отсутствует ослабление сигналов и фазочастотная характеристика линейна (нет искажения формы сигналов), а вне полосы пропускания сигналы на выходе фильтра отсутствуют.
В зависимости от диапазона частот, относящихся к полосе пропускания, различают низкочастотные, высокочастотные, полосовые, полосноподавляющие, избирательные (селективные) и заграждающие (режекторные) фильтры. Свойства линейных фильтров могут быть описаны передаточной функцией, которая равна отношению изображений по Лапласу выходного и входного сигналов фильтра.
При анализе фильтров и при расчете их параметров всегда используются некоторые стандартные термины и имеет смысл придерживаться их с самого начала.
2
Обработка результатов эксперимента:
Крутизна спада ~ 20дБ на декаду
Используем стандартный ОУ OP_07, заданную частоту среза берем примерно 1кГц Определить частоту среза данного фильтра (рис. 14) можно, рассчитывая
реактивное сопротивление конденсатора. Частота, при которой оно станет равным сопротивлению резистора, включенного последовательно с конденсатором, и будет частотой среза.
|
|
|
|
= |
1 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
− частота в Гц , − ёмкость в Ф , − сопротивление в Омах. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть емкость конденсатора 10 нФ, тогда: |
|
|
|||||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
= |
|
= |
|
≈ 8 кОм |
||
|
2 |
2 1 103 20 10−9 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – ФВЧ первого порядка с крутизной спада 20 дБ на декаду
Рисунок 2 – ЛАЧХ и ЛФЧХ ФВЧ первого порядка с крутизной 20 дБ на декаду
Фильтр верхних частот второго порядка, крутизна спада характеристики 40дБ на декаду
Когда крутизна фильтра первого порядка оказывается недостаточной, можно применить фильтр второго порядка - с крутизной 40 дБ на декаду (12 дБ на октаву).
3
Это – одна из модификаций фильтра Баттерворта. Чтобы посчитать его частоту среза, можно воспользоваться следующими соотношениями:
R1=R2; С1=С2;
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
√2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пусть R1 = R2 = = 8к, тогда = |
√2 |
= |
√2 |
≈ 14 нФ |
|||||||
|
|
|
|
||||||||
4 |
4 103 8 103 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рисунок 3 – ФЧХ второго порядка, крутизна 40дБ на декаду
Рисунок 4 – ЛАЧХ и ЛЧФХ ФВЧ с крутизной 40 дБ на декаду
4
Простой ФНЧ первого порядка, крутизна спада характеристики 20дБ на декаду
Собираем схему, элементы те же самые, что и в предыдущем случае, только конденсатор включается не последовательно с резистором, а параллельно ему.
Рисунок 5 – ФНЧ с крутизной 20 дБ на декаду
Рисунок 6 – ЛАЧХ и ЛФЧХ ФНЧ с крутизной 20 дБ на декаду
ФНЧ второго порядка
Далее собираем ФНЧ второго порядка – по той же схеме Баттерворта, только компоненты меняются местами.
Рисунок 7 – ФНЧ второго порядка
5
Рисунок 8 – ЛАЧХ и ЛФЧХ ФНЧ второго порядка
Крутизна спада АЧХ увеличилась. В области высоких частот сигнал (из-за сдвига фаз) опять начинает усиливаться, его форма будет крайне сильно искажена.
Режекторный фильтр с двойным T – мостом
Рисунок 9 – Режекторный фильтр-пробка с двойным Т-мостом
Рисунок 10 – ЛАЧХ и ЛФЧХ режекторного фильтра-пробки с двойным Т- мостом
Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы мы провели исследование амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик активных фильтров.
6