Лаб1 / 1

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедр САПР

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: Исследование RC-цепей.

Студенты гр. 0392		Стаськова А.Р.
		Частухин Д.А.
		Иванов С.К.
Преподаватель		Андреев В.С.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

Исследование RC-фильтров нижних и верхних частот во временной и частотной областях.

Задачи:

1. Построить компьютерные модели RC-фильтров нижних и верхних частот в среде NI Multisim; 

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 и сделать выводы по проделанной работе.

Теоретические сведения.

Линейные цепи на выходе принимают форму воздействия, чем можно пользоваться, например, для фильтрации.

Из ТОЭ известно, что спектры выходного сигнала при периодическом воздействии можно найти, умножив спектры сигнала на АЧХ цепи:

Таким образом АЧХ можно считать функцией преобразования. Если в некотором диапазоне частот АЧХ близка к нулю – сигнал «гасится», иначе – «пропускается» цепью. На этом принципе основаны простейшие фильтры.

Для наглядности принято нормировать АЧХ: Полосами пропускания фильтров называют те области частот, в которых выходной сигнал уменьшается не более, чем в раз, частоту, разделяющую полосы пропускания и задерживания называют частотой среза:

Фильтром верхних частот называют такой фильтр, для которого полоса пропускания Фильтром нижних частот -

Экспериментальные результаты и обработка результатов эксперимента.

1. Построили компьютерные модели RC-фильтров верхних (рис 1) и нижних (рис 2) частот:

Рис. 1

Рис. 2

2. Исследовали реакции моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа:

Рис. 3 Осциллограмма ФВЧ, f = 60 Hz

Рис. 4 Осциллограмма ФВЧ, f = 23 kHz

Рис. 5 Осциллограмма ФНЧ. f = 23 kHz

Рис. 6 Осциллограмма ФНЧ, f = 230 Hz, разный масштаб

Частоты срезов для ФВЧ и ФНЧ

Поскольку в обоих случаях частота второго сигнала оказалась вне полосы пропускания фильтра, амплитуда выходного сигнала значительно меньше амплитуды входного.

Рис. 8 АЧХ для ФНЧ

Рис. 7 АЧХ для ФВЧ

3. П остроили амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде:

4. Были сконструированы схемы RC-фильтров нижних и верхних частот из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS;

5. Построили осциллограмму и АЧХ для обоих фильтров:

Рис. 9 Измерения ФВЧ

Рис. 10 Измерения ФНЧ

6. Проведем сравнение компьютерных моделей и сконструированных схем. При частоте среза в обоих случаях наблюдается уменьшение амплитуды. Сравним действующие значения напряжений для более точной оценки:

   1. Для модели ФВЧ отношение амплитуды входного сигнала к амплитуде выходного сигнала при равно (см рис 4). Для модели ФНЧ (рис 6).

   2. Для схемы та же характеристика равна и для ФНЧ и ФВЧ соответственно.

   3. Получаем небольшое расхождение между результатом непосредственного измерения и моделирования, что обусловлено неточностями измерений и износом приборов и схем

Выводы.

Исследовали RC-фильтры нижних и верхних частот во временной и частотной областях.