ААЧХ

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ТОР

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3

по дисциплине «Приборы и техника радиоизмерений»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ

ИЗМЕРИТЕЛЕМ АКИП-4106

Студенты гр. 0182		Бронников Д.Д. Корнилов А.М.
Преподаватель		Митянин Е.А.

Санкт-Петербург

2023

Цель работы

Цель работы — изучение методов исследования частотных характеристик радиотехнических устройств c использованием микропроцессорного измерителя частотных характеристик АКИП-4106.

Состав лабораторной установки

В установку входят панорамный микропроцессорный измеритель амплитудно-частотных характеристик АКИП-4601, генератор гармонических сигналов с цифровым управлением, электронно-счетный частотомер и цифровой вольтметр переменного тока и лабораторный макет, содержащий два комплекта фильтров. Это набор широкополосных частотноизбирательных четырехполюсников (фильтр нижних частот (ФНЧ), два полосно-пропускающих фильтра (LC-фильтр и электромеханический ППФ), полосно-заграждающий (ПЗФ) фильтр) и набор узкополосных фильтров (2 резонансных контура и 2 кварцевых фильтра).

Рис. 1 – Структурная схема микропроцессорного измерителя АЧХ

Обработка результатов эксперимента

Часть 1. Исследование АЧХ широкополосных фильтров

1. Измерение АЧХ фильтра нижних частот (ФНЧ)

Рис. 2 – АЧХ ФНЧ на экране прибора

Таблица 1. АЧХ ФНЧ

f, кГц	5	17,48	36,98	41,66	54,92	69,7	83,78	90	105,62	118
K, дБ	-13,1	-12,335	0	0	-11,8	-16	-0,8	-21,1	-43	-80
K (отн.ед)	0,22	0,24	1	1	0,26	0,16	0,91	0,09	0,01	0

Рис. 3 – АЧХ для ФНЧ в логарифмическом масштабе по уровню

Рис. 4 ­– АЧХ для ФНЧ в линейном масштабе по уровню

Полоса пропускания и частота среза по уровню -20 дБ:

Коэффициент прямоугольности:

Крутизна правого ската АЧХ:

Наблюдается необычный выброс около частоты 80 кГц, что может свидетельствовать о неисправности фильтра, лабораторного стенда или измерительной установки.

2. Измерение АЧХ полосно-пропускающего фильтра 1 (ППФ1)

Рис. 5 – АЧХ ППФ1 на экране прибора

Таблица 2. АЧХ ППФ1

f, кГц	26	37	49	63	80	87	91
K, дБ	-74,6	-59	-47	-37	-24,5	-14,1	-11,3
K(отн.ед.)	0,000	0,001	0,004	0,014	0,060	0,197	0,272

Таблица 2. АЧХ ППФ1. Продолжение

102	114,9	121	129	160	200
-14,9	-10,6	-7,4	-13,6	-26	-20
0,180	0,295	0,427	0,209	0,050	0,100

Рис. 6 – АЧХ для ППФ1 в логарифмическом масштабе по уровню

Рис. 7 ­– АЧХ для ППФ1 в линейном масштабе по уровню

Полоса пропускания и частота среза по уровню -20 дБ:

Коэффициент прямоугольности:

Крутизна правого ската АЧХ:

Крутизна левого ската АЧХ:

3. Измерение АЧХ электромеханического фильтра (ППФ2)

Рис. 8 – АЧХ ППФ2 на экране прибора

Таблица 3. АЧХ ППФ2

f, кГц	126	127	128	128,3	130	131,5	131,6
K, дБ	-80	-69	-40	-72	-4,75	-6,65	-22,5
K(отн.ед.)	0,0001	0,0004	0,0100	0,0003	0,5788	0,4651	0,0750

Таблица 3. АЧХ ППФ2. Продолжение

132	133,2	135	142
-47,5	-60	-71	-80
0,0042	0,0010	0,0003	0,0001

Рис. 9 – АЧХ для ППФ2 в логарифмическом масштабе по уровню

Рис. 10 ­– АЧХ для ППФ2 в линейном масштабе по уровню

Полоса пропускания и частота среза по уровню -20 дБ:

Коэффициент прямоугольности:

Крутизна правого ската АЧХ:

Крутизна левого ската АЧХ:

4. Измерение АЧХ полосно-заграждающего фильтра (ПЗФ)

Рис. 11 – АЧХ ПЗФ на экране прибора

Таблица 4. АЧХ ПЗФ

f, кГц	126	127	128	128,3	130	131,5	131,6
K, дБ	-80	-69	-40	-72	-4,75	-6,65	-22,5
K(отн.ед.)	0,0001	0,0004	0,0100	0,0003	0,5788	0,4651	0,0750

Таблица 4. АЧХ ПЗФ. Продолжение

132	133,2	135	142
-47,5	-60	-71	-80
0,0042	0,0010	0,0003	0,0001

Рис. 12 – АЧХ для ПЗФ в логарифмическом масштабе по уровню

Рис. 13 ­– АЧХ для ПЗФ в линейном масштабе по уровню

Полоса пропускания и частота среза по уровню -20 дБ:

Коэффициент прямоугольности:

Крутизна правого ската АЧХ:

Крутизна левого ската АЧХ:

Часть 2. Исследование АЧХ узкополосных фильтров

1. Измерение АЧХ и ФЧХ узкополосного одиночного контура

Резонансная частота в неоткалиброванной для измерений полосе:

f_р = 108,74 кГц

Для откалиброванной полосе она стала ближе к теоретической резонансной:

f_р = 108,196 кГц

Полоса пропускания:

Добротность контура через параметры АЧХ:

Фазовый сдвиг на резонансной частоте:

Фазовые сдвиги на граничных частотах полосы пропускания, определенных ранее по уровню -3 дБ:

Изменение фазового сдвига вблизи резонансной частоты при смещении по частоте на 10 Гц от резонанса:

Добротность контура через параметры ФЧХ:

Скриншоты АЧХ и ФЧХ были утеряны из-за наличия “вируса” на большинстве компьютеров университета. Значения добротностей отличаются на порядки. Это объяснимо неправильностью измерений, возможной некалиброванностью прибора на нужные диапазоны частот и невозможностью установить маркер ровно на уровень -3 дБ (эта проблема решается калибровкой, но время измерений бы увеличилось в разы).

2. Измерение АЧХ пьезоэлектрического (кварцевого) фильтра (ППФ3)

Диапазон измерения: от 3 до 7 МГц Резонансная частота: f_р = 4,84 МГц

Полоса пропускания:

Влияние увеличения скорости перестройки частоты:

Рис. 14 – АЧХ сигналов со временем свиппирования 16 (референсного, нижнего) и 2

На экране (кроме референсного графика) появился график с ярко выраженными динамическими искажениями (верхний). Можно видеть расширение кривой отклика, уменьшение его амплитуды и сдвиг максимума в сторону возрастания частоты. Наблюдается также колебательный переходной процесс на правом склоне характеристики АЧХ.

Вывод

В ходе работы были исследованы АЧХ различных фильтров вид АЧХ для каждого из исследованных фильтров получился похожим на их теоретические графики. Для широкополосных фильтров были посчитаны их полоса пропускания, коэффициент прямоугольности и крутизна из спадов. Все коэффициенты прямоугольности получились меньше единицы, как и в теории.

Самая узкая полоса пропускания, наибольший коэффициент прямоугольности (0,95) и крутизна спадов оказались у ППФ 2.

Во второй части работы проведено неудачное сравнение добротностей двумя способами – по АЧХ и ФЧХ. Плюс – студенты узнали, что такая возможность есть и прибор может её воплотить в жизнь. Минус – вероятно, установка нуждается в ремонте, т.к. наблюдались искажения и в АЧХ ФНЧ в первой части работы.

Понижение времени свиппирования может вызвать динамические искажения. Пьезоэлектрические (кварцевые) фильтры обладают узкой полосой пропускания относительно большой резонансной частоты. Измеренная резонансная частота и полоса пропускания значительно отличаются от теоретических, что опять же говорит о неисправности установки (или неправильных измерениях).