8 Дослідження активнихrc–фільтрів

8.1 Мета роботи

Дослідження амплітудно-частотних характеристик RC–фільтрів. Експериментальне визначення граничних частот фільтрів. Встановлення зв`язку частотних і часових характеристик ланок другого порядку.

8.2 Підготовка до виконання роботи

8.2.1 Прочитати конспект лекцій та літературу [1, C.343–373; 5 C.484–492].

8.2.2 Зобразити принципові схеми фільтрів, що досліджуються.

8.2.3 Користуючись узагальненим методом вузлових потенціалів, здобути аналітичні вирази операторного коефіцієнта передачі за напругоюі комплексного коефіцієнта передачідля різних схем.

8.2.4 Розрахувати амплітудно–частотні характеристики (АЧХ) RC–фільтрів в діапазоні частот 100 Гц– 20 кГц. Побудувати графіки АЧХ для трьох типів фільтрів– фільтра нижніх частот (ФНЧ), фільтра верхніх частот (ФВЧ) та смуго–пропускного фільтра (СФ). Значення елементів схем взяти з таблиці 8.1.

В роботі досліджуються АЧХ RC–фільтрів при зміні опору резистора (ФНЧ, СФ) і ємності конденсатора (ФВЧ) у колі зворотного зв`язку за допомогою перемикачів SA 1– SA 3. Бригадам з парними номерами виконати розрахунки п.8.2.4 для положення “1” вказаних перемикачів, бригадам з непарними номерами– для положення “2”.

Таблиця 8.1–Значення елементів схем фільтрів

Тип фільтра					C1	C2	C3	C4
	кОм				нФ
ФНЧ	30	30	30	43	3	0,15	–	–
ФВЧ	6,4	97,5	–	–	1	1	1	1,2
СФ	71,4	71,4	100	280	1	1	–	–

8.3. Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з двох блоків: базового і змінного. Базовий є блоком живлення. На його чільній панелі розташований тумблер увімкнення макета; на лівій бічній панелі –гнізда Г1 та Г2; на правій бічній панелі–гнізда Г3, Г4, Г5 (верхнє гніздо–потенційне, нижнє–“земляне”).

У змінному блоці, чільна панель якого наведена на рис.8.1., змонтовані активні RC–фільтри. В усіх фільтрах в якості активного елемента використовуються операційні підсилювачі типу К140 УD8. На чільній панелі розташований перемикач “Тип фільтра”, який дозволяє вмикати до відповідного фільтру генератор та вимірювальні прилади, і тумблери SA1–SA3, які дозволяють змінювати один з параметрів фільтра (RабоC). На правій бічній панелі розташований перемикач “~/П”, який дозволяє подавати на вхід схеми імпульсний сигнал замість синусоїдного.

В якості джерела синусоїдального сигналу використовується генератор типу Г3–33. Вихідна напруга вимірюється вольтметром типу В3–13. Аби спостерігати діаграми перехідної характеристики застосовується осцилограф типу С1–68.

8.4 Порядок виконання роботи

Увімкнути прилади і лабораторну установку. Перемикач “~/П” встановити в положення “~”.

Увімкнути генератор Г1, а вольтметр В3–13– до гнізд Г4. Встановити вихідну напругу генератора 1В. Впевнитися, що вихідна напруга на виході ФНЧ, при частоті 100 Гц K_U(0) та виході ФВЧ при частоті 100 кГц K_U() також дорівнюють 1 В. Зняти амплітудно–частотні характеристики ФНЧ, ФВЧ, СФ для двох положень тумблерів SA1–SA3. Визначити для кожної кривої максимальне значення коефіцієнта передачі K_max, а також значення частоти максимуму f_max(_max). Визначити смугу пропускання 2_п для СФ. Увімкнути до гнізд Г4 осцилограф. Перевести перемикач “~/П” в положення “П”. Замалювати з додержанням масштабу осцилограми перехідних характеристик фільтрів для будь–якого положення перемикачів SA1– SA2. При дослідженні СФ встановити частоту генератора приблизно 200 кГц; при дослідженні ФВЧ, ФНЧ–1кГц.За допомогою осцилографа визначити сталу часу фільтрів.

Перевірити виконання співвідношень між числовими і частотними характеристиками, а саме:

для ФНЧ

ФВЧ

СФ

8.4 Змiст звiту:

– список приладів, які використовуються в роботі;

– принципові схеми активних RC–фільтрів;

– розрахунок операторного та комплексного коефіцієнтів передачi кожного з фільтрів;

– графіки АЧХ, побудовані за результатами розрахунку та експерименту;

– графіки перехідних характеристик фільтрів, отримані за результатами експерименту;