95 Лабораторная работа 15
АКТИВНЫЙ RC ФИЛЬТР
Цель работы: изучение свойств активного RC фильтра.
ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
1. Приведите в отчете справочные параметры и характеристики ОУ КР544УД2. Проведите их анализ, оцените близость рассматриваемого ОУ к идеальному.
2. К входу и выходу фильтра (рис. 47) подключите левый и правый каналы электронного осциллографа соответственно. На вход подайте напряжение с амплитудой 0,5-1 В и частотой 28 кГц от генератора гармонических сигналов.
Рис. 47.
Изучите рабочую плату и определите номиналы ее элементов.
96
3. Установите резистор R4 в крайнее правое положение (максимальное значение сопротивления). В этом случае глубина отрицательной обратной связи максимальна.
По осциллограммам входного и выходного сигналов проведите измерение амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик фильтра, изменяя частоту генератора от 28 кГц до 300 кГц (15-20 значений). Для оценки АЧХ определите уровни Uвх и Uвых, а затем их отношение K. Результаты внесите в табл. 34.
Фазо-частотную
характеристику можно определить, измеряя
смещение по времени t
входного сигнала относительно выходного.
Сдвиг фаз
вычисляется по формуле
.
Полученные значения внесите в табл. 34,
постройте графики АЧХ и ФЧХ.
По графику АЧХ определите полосу пропускания П и коэффициент прямоугольности КПР фильтра. Результаты запишите в табл. 35.
Таблица 34
Амплитудно-частотная характеристика
|
F, кГц |
|
|
|
|
|
Uвх, В |
|
|
|
|
|
Uвых, В |
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
t, мкс |
|
|
|
|
|
, () |
|
|
|
|
Таблица 35
Характеристики фильтра
|
Тип фильтра |
R4 |
П, кГц |
КПР |
|
R4 - максимум |
|
|
|
|
Фильтр Баттерворта |
|
|
|
|
Фильтр Чебышева |
|
|
|
97
4. Уменьшая сопротивление R4, добейтесь максимально плоской АЧХ, так, чтобы отсутствовал ее подъем в области верхних частот, как показано на рис. 48 (кривая 2, фильтр
Баттерворта). Кривая 1 соответствует максимальному значению R4. Измерьте величину сопротивления, отключив питание стенда.
По осциллограммам входного и выходного сигналов проведите измерение АЧХ фильтра в том же диапазоне частот (15-20 значений). Результаты внесите в табл. 36.
Рис.
48
Таблица 36
Амплитудно-частотная характеристика
|
F, кГц |
|
|
|
|
|
Uвх, В |
|
|
|
|
|
Uвых, В |
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
По АЧХ определите полосу пропускания П и коэффициент прямоугольности КПР фильтра Баттерворта. Результаты запишите в табл. 35.
5. Продолжая уменьшать сопротивление R4, добейтесь АЧХ, соответствующей фильтру Чебышева (кривая 3 на
98
рис. 48), у которого наибольший подъем в области верхних частот в 1,12 раза больше значения АЧХ на частоте 28 кГц. Измерьте величину сопротивления, отключив питание стенда.
По осциллограммам входного и выходного сигналов проведите измерение АЧХ фильтра в том же диапазоне частот (15-20 значений). Результаты внесите в таблицу, аналогичную табл. 36.
По АЧХ определите полосу пропускания П и коэффициент прямоугольности КПР фильтра Чебышева. Результаты запишите в табл. 35. Сравните характеристики рассмотренных фильтров, сделайте выводы.
6. Установите такое малое сопротивление R4, при котором в цепи возникают автоколебания. Зарисуйте осциллограммы напряжений, проанализируйте результаты.