ЭБЭ_ЛР№1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Электроакустики и ультразвуковой техники

отчет

по лабораторной работе №11

по дисциплине «Элементная база электроники»

ТЕМА: Применение пассивных элементов электроники

Студент гр. 9587		Медведев Г.Н.
Преподаватель		Черсуевич Б.И.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: исследование делителей напряжения с частотно не зависимыми и частотно зависимыми элементами.

Задачи 1. Изучить основные характеристики и области применения базовых элементов электроники: резистора, конденсатора и катушки индуктивности. 2. Изучить работу фильтров нижних и верхних частот, полосового и полосно-заграждающего фильтров.

Основные теоретические положения.

Пассивные элементы – потребители и накопители электрической энергии. Пример: резистор, конденсатор и катушка индуктивности

Резистор – пассивный элемент электрических цепей, обладающий определенным или переменным значением электрического сопротивления. УГО и ВАХ резистора изображена на рисунке 1.

О сновная их функция – деление напряжения или ограничение тока.

Основные параметры резистора: номинальное сопротивления, номинальная мощность рассеяния, предельное рабочее напряжение и температурный коэффициент сопротивления резистора (ТКС).

Рис. 1

Конденсатор – двухполюсник с определенным значением емкости и малой омической проводимостью. УГО изображено на рисунке 2. Рассчитать реактивно сопротивление конденсатора можно по формуле: .

Основные функции конденсаторов: разделение цепей по постоянному и переменному току, частотная фильтрация и накопление энергии. Основные параметры: номинальная емкость, номинальное рабочее напряжение, тангенс угла потерь и температурный коэффициент емкости.

Рис.2 Фильтры высоких и низких частот – электрические цепи, состоящие из элементов, обладающих нелинейной АЧХ, то есть имеющих разное сопротивление на разных частотах.

Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды установившихся колебаний выходного сигнала некоторой системы от частоты ее входного гармонического сигнала.

Фильтрами нижних частот (ФНЧ) пропускают постоянную составляющую сигнала, отсекая высокие частоты, то есть являются интегрирующими цепями. Схема ФНЧ представлена на рисунке 3.

Рис.3.

АЧХ для ФНЧ представлена на рисунке 4. Коэффициент передачи по напряжению определяется следующим соотношением: , где – частота среза.

Рисунок 4.

Коэффициент передачи – отношения выходной величины ко входной величине. Частота среза – это частота, на которой происходит спад амплитуды выходного сигнала до значения равного 0,7 от входного напряжения. ФВЧ – фильтр высокой частоты в котором постоянная составляющая сигнала в цепи дифференцирующего типа будет отсечена. Схема представлена на рисунке 5.

Рисунок 5.

Зависимость коэффициента передачи от частоты определяется по следующей формуле:

Коэффициент передачи по напряжению:

АЧХ для ФВЧ представлена на рисунке 5.

Рисунок 5.

Мост Вина – пассивных полосовой RC фильтр, пропускающий без искажений сигнал, спектр которого находится в соответствующей полосе частот. Схема на рисунке 6.

Рисунок 6.

Коэффициент передачи по напряжению и резонансная частота:

АЧХ данного фильтра представлена на рисунке 7.

Рисунок 7.

Выражение, описывающее АЧХ моста Вина:

Катушка индуктивности – винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свернутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой емкости и мало активном сопротивлении. УГО на рисунке 8. Реактивное сопротивление катушки индуктивности рассчитывается по формуле: . Применение катушек индуктивности: фильтры колебательного контура, трансформаторы, электромагниты и накапливание магнитной энергии.

Рисунок 8.

Основные параметры катушек индуктивности: индуктивность, добротность, активное сопротивление и собственная емкость и температурный коэффициент индуктивности.

Обработка результатов эксперимента

Фильтр нижних частот

Схема ФНЧ:

График АХЧ ФНЧ:

По графику АХЧ ФНЧ найдем частоту среза

Фильтр верхних частот

Схема ФВЧ:

График АХЧ ФВЧ:

По графику АХЧ ФНЧ найдем частоту среза

Мост Вина

Схема моста Вина:

График АЧХ моста Вина:

По графику АХЧ ФНЧ найдем резонансную частоту

Полосовой фильтр

Схема полосового фильтра:

Найдем резонансную частоту

График АХЧ полосового фильтра:

Режекторный фильтр

Схема режекторного фильтра:

Найдем антирезонансную частоту

График АХЧ режекторного фильтра:

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы были рассмотрены области применение базовых пассивных элементов электроники: резистора, конденсатора и катушки индуктивности; была изучена работа фильтров разных частот, было установлено, что:

1. Фильтр нижних частот пропускает все низкочастотные составляющие сигнала почти без ослабления и отсекает составляющие, частота которых превышает частоту среза. Полученная частота среза ФНЧ .

2. Фильтр высоких частот отсекает низкочастотные составляющие сигнала (ниже частоты среза) и пропускает высокочастотные составляющие сигнала. Полученная частота среза ФВЧ .

3. Мост Вина пропускает без искажений сигнал только из определенной области частот. Полученная резонансная частота моста Вина .

4. Полосовой фильтр создает резонанс и пропускает сигнал без искажения только на данной резонансной частоте. Сигналы, не лежащие в этом диапазоне, подавляются. Полученная резонансная частота полосового фильтра .

5. Режекторный фильтр в противоположность полосовому фильтру подавляет сигналы определенного диапазона частот и пропускает сигналы остальных частот. Полученная антирезонансная частота данного режекторного фильтра .