Министерство образования и науки Российской Федерации

Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана» з.Г. Широкова, м. Р. Фишер, н. В. Царькова четырехполюсники и частотные фильтры

Методические указания по выполнению домашнего задания по курсу «Теоретические основы электротехники»

Калуга - 2014

УДК 621.3

ББК 31.2

Ш64

Методические указания издаются в соответствии с учебным планом специальности 10.05.03/090303.65 «Информационная безопасность автоматизированных систем».

Методические указания рассмотрены и одобрены:

кафедрой ЭИУ7-КФ «Электротехника», протокол № 2 от 01.10.2014 г.

Зав. кафедрой ЭИУ7-КФ __________ Д. В. Мельников

Методической комиссией факультета ЭИУК,

протокол № ___ от _______ 2014 г.

Председатель методической комиссии факультета ЭИУК

__________ М. Ю. Адкин

Методической комиссией Калужского филиала МГТУ

им. Н. Э. Баумана, протокол № ___ от _______ 2014 г.

Председатель методической комиссии Калужского филиала МГТУ

им. Н. Э. Баумана __________ О. Л. Перерва

Авторы:

канд. техн. наук, доцент кафедры ЭИУ7-КФ __________ З. Г. Широкова;

канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры ЭИУ7-КФ __________ М. Р. Фишер;

канд. техн. наук, доцент кафедры ЭИУ7-КФ __________ Н. В. Царькова

Рецензент:

д-р техн. наук, профессор кафедры ЭИУ3-КФ

__________ Ю. П. Корнюшин

Методические указания содержат необходимые теоретические сведения, варианты задания и контрольные вопросы для выполнения домашнего задания «Четырехполюсники и частотные фильтры» по курсу «Теоретические основы электротехники».

Методические указания предназначены для студентов второго курса специальности 10.05.03/090303.65 «Информационная безопасность автоматизированных систем», а также студентов других специальностей приборостроительных факультетов технических вузов, изучающих электротехнику.

© Широкова З.Г., Фишер М. Р., Царькова Н. В., 2014

Введение

Данные методические указания ориентированы на оказание практической помощи студентам в приобретении ими теоретических знаний и практических навыков в области исследования электрических цепей с применением ПЭВМ.

Цель домашнего задания:

• освоить методики расчета параметров четырехполюсников и исследования его свойств;

• приобретение навыков алгоритмизации процессов проектирования и исследования электрических цепей.

1. Теоретическая часть

1.1. Синтез электрических фильтров

1.1.1. Назначение и типы фильтров

Под электрическими фильтрамипонимают четырехполюсники, включаемые между источником питания и приемником (нагрузкой), назначение которых состоит в том, чтобы беспрепятственно – без затухания – пропускать к приемнику токи одних частот и задерживать, или пропускать, но с большим затуханием, токи других частот.

Электрические фильтры собирают обычно из индуктивных катушек и емкостей. Исключение составляют RC-фильтры. Фильтры используют главным образом в радиотехнике и технике связи, применяя токи довольно высоких частот.

При высоких частотах индуктивные сопротивления катушек во много раз больше их активных сопротивлений, поэтому далее будем полагать, что активные сопротивления катушек равны нулю, т. е. фильтры составлены только из реактивных элементов.

Фильтры могут быть классифицированы по различным признакам.

По конструктивным особенностямможно выделить фильтры:

• Г-образные;

• Т-образные;

• П-образные;

• мостовые;

• типа «k»;

• типа «m» и др.

С точки зрения частотных свойствразличают фильтры:

• нижних частот (ФНЧ);

• верхних частот (ФВЧ);

• полосовые (ПФ);

• заграждающие (ЗФ) и др.

С точки зрения элементной базыфильтры бывают:

• реактивные, состоящие только из L-,С-элементов;

• безиндуктивные, состоящие из R-,C-элементов;

• пьезоэлектрические и др.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания, называют полосой пропускания; диапазон частот, пропускаемых с затуханием, –полосой затухания. Частоту, являющуюся граничной между полосой пропускания и полосой затухания, называют частотой среза.

Характеристическим сопротивлениемназывают отношение входного напряжения к входному току, т. е. это входное сопротивление фильтра.В полосе пропускания характеристическое сопротивление фильтра всегда активное, а в полосе затухания оно чисто реактивное (индуктивное или емкостное).

Фильтрующие свойства четырехполюсников физически обусловлены возникновением в них резонансных режимов – резонансов токов или резонансов напряжений.

Качество фильтра тем выше, чем более резко выражены его фильтрующие свойства. Фильтр считают идеальным, если в полосе пропускания отсутствует ослабление сигналов и фазо-частотная характеристика линейна (нет искажения формы сигналов), а вне полосы пропускания сигналы на выходе фильтра отсутствуют.

Основными задачами при синтезе электрических фильтров являются выбор конструкции (схемы) фильтра и расчет его элементов.

В данном учебном пособии рассматриваются простейшие конструкции фильтров типа «k» и типа «m».