Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Методические указания к лабораторным работам.pdf
Напряжение на выходе определяется, как в п. 3.1, до тех пор, пока напря-
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
R1= R2, кОм
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
C1=C2, нФ
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10 9 8 7 6
F, Гц (кГц)
П. 3.2
U
, В
U
ВЫХ 0
U
/U
1
П. 3.3
U
, В
U
ВЫХ 0
U
/U
1
п.3.2
f
С РАСЧ
=
f
С ИЗМ
=
п.3.3
f
С ИЗМ
=
112
1
CR
f
C
⋅⋅⋅
=
π
f, Гц (кГц)
10⋅fC
U
, В
U
ВЫХ 0
2
жение на выходе не снизится в 200 раз. Результаты исследования заносятся в
таблицу 4.
Рис. 2. Принципиальная схема ФНЧ 2-го порядка
Табл. 3. Варианты задания
Табл. 4. АЧХ ФНЧ 2-го порядка
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ 0
ВЫХ 0
4.3 Исследовать ФНЧ 2-го порядка с высокой добротностью. Для этого
емкость С1 увеличить в два раза. Частоты выбираются так, чтобы получить относительное затухание, как в п. 3.2. Результаты измерений также занести в таб-
лицу 4.
4.4 Исследовать ФВЧ 1-го порядка (рисунок 3). Величины элементов берутся из таблицы 1. Рассчитать частоту f
по формуле:
C
(3).
Измерить затухание фильтра на частоте f≈ 10⋅f
. И снова выбрать часто-
C
ты, на которых напряжение на выходе снижается примерно в , 2, 3, 5, 7, 10 и
20 раз. Результаты измерений занести в таблицу 5.
ВЫХ
Табл. 5. АЧХ ФНЧ 1-го порядка
51
U
ВЫХ
/U
1
f
С РАСЧ
=
f
С ИЗМ
=
f, Гц (кГц)
10⋅fС
П. 3.5
U
ВЫХ
, В
U
ВЫХ 0
U
ВЫХ
/U
ВЫХ 0
1
U
ВЫХ
, В
U
ВЫХ 0
П. 3.6
U
/U
п.3.5
f
С РАСЧ
=
f
С ИЗМ
=
п.3.6
f
С РАСЧ
=
f
С ИЗМ
=
ВЫХ 0
Рис. 3. Принципиальная схема ФВЧ 1-го порядка
4.5 Исследовать ФВЧ 2-го порядка (рисунок 4). Величины элементов бе-
рутся из таблицы 3. Частота среза определяется по формуле (2). Значение час-
тот берутся такие, чтобы получить затухание, как в п. 3.2. Результаты измерений занести в таблицу 6.
Рис. 4. Принципиальная схема ФВЧ 2-го порядка
Табл. 6. АЧХ ФВЧ 2-го порядка
ВЫХ
ВЫХ 0
4.6 Исследовать фильтр с высокой добротностью. Для этого С1 увеличить
в два раза. Результаты исследования также занести в таблицу 6.
4.7 Собрать схему полосового фильтра 1-го порядка (рисунок 5). Величи-
ны элементов берутся из таблицы 7. Рассчитать центральную частоту по фор-
муле:
52
21212
1
0
CCRR
f
⋅⋅⋅⋅⋅
=
π
(5).
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
R1 , кОм
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
R2, кОм
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
C1, нФ
80
76
72
68
64
60
56
52
48
44
40
36
32
28
24
C2, нФ
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10 9 8 7 6
f, Гц (кГц)
f0
U
, В
U
ВЫХ 0
U
/U
1
f
0 РАСЧ
=
f
0 ИЗМ
=
∆f=
К
0
=
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
R1= R2, кОм
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
C1=C2, нФ
80
66
55
48
41
35
31
28
25
22
20
18
16
15
14
Найти частоту, на которой затухание минимально. Определить верхние и
нижние частоты, на которых относительный коэффициент передачи составляет
=0,1. Измерить коэффициенты передачи в 5-6 точках относительно цен-
К/К
0
тральной частоты. Результаты исследования занести в таблицу 8.
Табл. 7. Варианты задания
Рис. 5. Принципиальная схема ПФ 1-го порядка
Табл. 8. АЧХПФ 1-го порядка
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ 0
Определить полосу пропускания фильтра и записать его и коэффициент
передачи на центральной частоте в таблицу 8.
4.8 Собрать схему полосового фильтра второго порядка (рисунок 6). Элементы схемы берутся из таблицы 9.
Табл. 9. Варианты задания
R5 =10⋅R1, кОм
Резонансную частоту рассчитывать по формуле:
53
21
5'2
1
0
CC
R
R
f
⋅
⋅⋅⋅
⋅
=
π
, (6)
21
21
'
R
R
R
R
R
+
⋅
=
'
5
21R
R
Q =
f, Гц (кГц)
U
, В
U
ВЫХ 0
U
/U
1
f
0 РАСЧ
=
f
0 ИЗМ
=…
Q
РАСЧ
=
Q
ИЗМ
=
∆f
РАСЧ
=
∆f
ИЗМ
=
К
0
=…
f, Гц (кГц)
U
, В
U
ВЫХ 0
U
/U
1
где
Добротность определяется как:
.
. (7)
По графику найти резонансную частоту, на которой относительное затухание минимально, сравнить с формулой 6. Определить верхние и нижние частоты, на которых относительное затухание составляет 100 раз. В этих пределах
получить точки для построения АЧХ.
Результаты измерений занести в таблицу 10.
Рис. 6. Принципиальная схема ПФ 2-го порядка
Табл. 10. АЧХ ПФ 2-го порядка
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ 0
По результатам измерений определить коэффициент передачи на резонансной частоте, полосу пропускания фильтра и его добротность.
4.9 Уменьшить в два раза R1 и R2, а R5 увеличить в два раза. Провести
измерения, что и в п. 3.8. Результаты поместить в таблицу 11.
Табл. 11. АЧХ ПФ 2-го порядка
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ 0
f
0 РАСЧ
=…, f
0 ИЗМ
=… , Q
РАСЧ
=…, Q
ИЗМ
=…, ∆f
54
РАСЧ
=… , ∆f
=…, К0=… .
ИЗМ
4.10 Исследовать узкополосный LC-фильтр (умножитель добротности)
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
C1, нФ
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
L1, мГн
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
112
1
0
CLf⋅⋅⋅
=
π
f, кГц
П. 3.10
f, кГц
П. 3.11
п.3.10
f0=
∆f1=
Q1=
3.11
∆f2=
Q2=
(рисунок 7). Величины элементов схемы взять из таблицы 12 за исключением
резистора R3, который берется равным 0,1 Ома. (Положительная обратная связь
практически отсутствует.)
Табл. 12. Варианты задания
Рис. 7. Принципиальная схема LC-фильтра
Рассчитать резонансную частоту по формуле
(8).
Найти резонансную частоту по минимальному затуханию. Снять АЧХ.
Частоты выбираются такими, чтобы получить затухание примерно 1, 2, 3, 6, 10,
20, 40 дБ. Результаты занести в таблицу 13.
Табл. 13. АЧХ LC- фильтра
55
4.11 Увеличить положительную обратную связь (установить R3, указан-
112
1
'
0
CRf⋅⋅⋅
=
π
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
R1=R2, кОм
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
C1=С2, нФ
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
.......,
1
0
1
0
==
ИЗМРАСЧ
ff
f, Гц (кГц)
П. 3.11
f, Гц (кГц)
П. 3.12
ное на схеме). Снять АЧХ. Определить полосу пропускания, добротность и коэффициент передачи на частоте резонанса в том и другом случае (пп.3.10 и
3.11)
4.12 Исследовать режекторный фильтр на основе двойного Т-образного
моста (рисунок 10). Рассчитать квазирезонансную частоту (данные взять из
таблицы 14).
(9). R3=R1/2, C3=2⋅C1.
Табл. 14. Варианты задания
Найти квазирезонансную частоту, на которой затухание имеет максимальное значение. Сравнить с расчетной. Снять АЧХ. Результаты занести в
таблицу 14. Сравнить расчетные и полученные квазирезонансные частоты и определить степень подавления фильтром напряжения на квазирезонансной час-
тоте.
Табл. 15. АЧХ режекторного фильтра
и в п. 4.11.
Рис. 8. Принципиальная схема режекторного фильтра
4.13 Изменить величину резистора R3 на ±10%. Провести измерения, что
56
5 Указания к составлению отчета
5.1 Привести схемы исследуемых фильтров, таблицы с результатами из-
мерений.
5.2 Построить на одном графике следующие АЧХ:
Определить по ним параметры фильтров. Сравнить их с расчетными.
Приложение А
1 П.п. 3.1, 3.2, 3.3.
2 П.п. 3.4, 3.5, 3.6.
3 П. 3.7.
4 П. 3.8, 3.9
5 П. 3.10, 3.11.
6 П. 3.12, 3.13.
Рис. А.1. АЧХ фильтра
57
Лабораторная работа 9.
2143
1
0
CCRR ⋅⋅⋅
=
ω
432
1
2
RRC
C
RQ
⋅⋅
⋅=
Исследование активного высокодобротного фильтра
1 Цель работы
Изучить структуру высокодобротного фильтра, его характеристики и па-
раметры.
2 Подготовка к работе
Привести схему узкополосного фильтра и пояснить способ изменения его
резонансной частоты, добротности и коэффициента передачи.
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009. – С. 196-198.
3.2 Джонсон Д. Справочник по активным фильтрам – М.: Энергоатомиз-
дат, 1983.
3.3 Конспект лекций.
4 Схема исследования
Принципиальная схема высокодобротного полосового фильтра представ-
лена на рисунке 1.
ис. 1. Принципиальная схема высокодобротного полосового фильтра
Р
общем виде параметры фильтра определяются следующим образом:
В
резонансная частота
;
добротность
;
58
коэффициент передачи
1
243
1
0
C
CRR
R
Q
K
⋅⋅
⋅=
СR⋅
=
1
0
ω
R
RQ2
=
1
2
0
R
R
K =
;
2
1
2
m
С
С
=
;1
0
R
m
С
⋅
=
ω
;
1
2
0
mRС⋅⋅
=
ω
;2
m
Q
RR ==
1
2
0
R
R
K =
R1
R2(1)
R2(2)
R3
R4
R5
R6
C1
C2
Вариант …
f0, кГц
Q1
Q2
Δf1, кГц
Δf2, кГц
К
0(1)
К
0(2)
Задано
Получено
Од
нако в случае R3=R4=R5=R6=RиC1=C2=C формулы упрощаются и
приводятся к виду:
; (1)
Для фильтров с высокой добротностью Q>>10 надо пользоваться выражениями:
; (2)
R3=R4=R5=R6=R
5 Задание в лаборатории
5
.1 Используя электронную лабораторию Multisim 14.0, собрать схему
(рисунок 1).
5.2 Вар
5.3 Рассчитать элементы фильтра по формулам (1, 2 и 3) и записать их в
таблицу 2. Установить эти значения на принципиальной схеме.
ианты параметров фильтра даны в приложении (таблица А1).
; (3)
Табл. 2. Расчетные элементы фильтра
римечание. R2(1) и R2(2) – значения резисторов для добротностей Q1 и
П
Q2 соответственно.
5
.4 Исследовать АЧХ фильтра для двух случаев добротностей Q1 и Q2.
Определить полосу пропускания фильтра Δ
дачи К
и К
0(1)
Табл. 3. Параметры фильтра
0(2)
.
f
и Δf2 и коэффициенты пере-
1
59
6 Указания к составлению отчета
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
16
f0, кГц
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
Q
1
10
10
10
10
12
12
12
12
10
10
10
10
12
12
12
15
Q2
20
20
20
20
24
24
24
24
20
20
20
20
24
24
24
30 K 3 2 2 1 3 2 2 1 3 2 2 1 3 2 2
2
6
.1 Привести схему исследуемого фильтра, таблицы с результатами рас-
чета элементов.
6
.2 Привести графики АЧХ. Определить полосу пропускания и коэффи-
циенты передачи.
Приложение А
л. А1. Варианты задания
Таб
60