Лабораторная работа №8

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Биотехнических Систем

отчет

по лабораторной работе №8

по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника»

Тема: Изучение свойств активных фильтров на операционных усилителях.

Студентки гр. 1502 _____________________ Ибатуллина А. А.

_____________________ Титова В. Д.

Преподаватель _____________________ Корнеева И. П.

Санкт-Петербург

2023 г.

Цель работы: Изучение свойств активных фильтров на операционных усилителях.

Приборы и материалы: NI ELVIS Bode Analyzer, макетная плата NI ELVIS, резисторы, транзисторы, ОУ.

Обработка результатов.

I. Простой фильтр верхних частот первого порядка (крутизна спада 20 дБ на декаду).

Используем стандартный ОУ OP_07. Определить частоту среза данного фильтра можно, рассчитав реактивное сопротивление конденсатора. Частота, при которой оно станет равным сопротивлению резистора, включенного последовательно с конденсатором, и будет частотой среза.

Рис. 1 – ФВЧ первого порядка с крутизной спада 20 дБ на декаду.

С=10 нФ.

F_ср=6 кГЦ.

R= = 2 кOм.

Рис. 2 – Теоретический результат анализа схемы ФВЧ первого порядка с крутизной спада 20 дБ на декаду в частотной области.

При практическом моделировании были получены следующие результаты:

Рис. 3 – Результат практического анализа схемы ФВЧ первого порядка с крутизной спада 20 дБ на декаду в частотной области.

II. 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). Это одна из модификаций фильтра Баттерворта. Чтобы посчитать его частоту среза, можно воспользоваться следующими соотношениями:

R₅=R₆; С₃=2С₄.

С₂=2 нФ.

С₁=4 нФ.

F_ср=6 кГц.

R = = 10 кОм.

Рис. 4 – ФВЧ второго порядка с крутизной спада 40 дБ на декаду.

По графикам АЧХ и ФЧХ можно удостовериться, что крутизна характеристики изменилась должным образом.

Рис. 5 – Теоретический результат анализа схемы ФВЧ второго порядка с крутизной спада 40 дБ на декаду в частотной области.

При практическом моделировании были получены следующие результаты:

Рис. 6 – Практический результат анализа схемы ФВЧ второго порядка с крутизной спада 40 дБ на декаду в частотной области.

III. Простой фильтр нижних частот 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.

Рис. 7 – ФНЧ перового порядка с крутизной спада 20 дБ на декаду.

Рис. 8 – Теоретический результат анализа схемы ФНЧ перового порядка с крутизной спада 20 дБ на декаду в частотной области.

При практическом моделировании были получены следующие результаты:

Рис. 9 – Теоретический результат анализа схемы ФНЧ перового порядка с крутизной спада 20 дБ на декаду в частотной области.

Далее собираем ФНЧ второго порядка – по той же схеме Баттерворта, только компоненты меняются местами.

Рис. 10 – ФНЧ второго порядка.

Рис. 11 – Теоретический результат анализа схемы ФНЧ второго порядка в частотной области.

При практическом моделировании были получены следующие результаты:

Рис. 12 – Теоретический результат анализа схемы ФНЧ второго порядка в частотной области.

Крутизна спада АЧХ увеличилась. В области высоких частот сигнал (из-за сдвига фаз) опять начинает усиливаться, его форма будет крайне сильно искажена.

IV. Режекторный фильтр (Notch Filter) с двойным T – мостом.

Если возникает необходимость ослабить (практически до нуля) некую выбранную частоту, применяются специализированные режекторные фильтры.

Ф ормула расчёта:

Рис. 13 – Режекторный фильтр-пробка с двойным Т-мостом.

Рис. 13 – Теоретический анализ схемы режекторного фильтра-пробки с двойным Т-мостом в частотной области.

При практическом моделировании были получены следующие результаты:

Рис. 14 – Практический анализ схемы режекторного фильтра-пробки с двойным Т-мостом в частотной области.

Вывод. В ходе выполнения лабораторной работы были изучены свойства активных фильтров на операционных усилителях. Были собраны схемы простого фильтра верхних частот первого порядка, крутизна спада 20дБ на декаду; фильтра верхних частот второго порядка, крутизна спада характеристики 40дБ на декаду; простого фильтра нижних частот первого порядка, крутизна спада характеристики 20дБ на декаду; режекторного фильтра. Для каждой схемы были построены АЧХ и ФЧХ.