Лабораторное задание и методические рекомендации

1. Собрать поочередно на монтажной плате рассчитанные фильтры. Изменяя частоту входного сигнала в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, снять АЧХ и ФЧХ фильтров.

При снятии АЧХ фильтров использовать генератор низкочастотных сигналов (ГНЧ), подключенный ко входу фильтра, а также осциллограф или вольтметр для измерения переменных напряжений, подключаемый к его выходу. Вначале следует на частоте, лежащей в полосе максимального пропускания фильтра, подобрать напряжение на ГНЧ, обеспечивающее удобный отсчет по экрану осциллографа или шкале вольтметра. Затем, сохраняя постоянную величину напряжения ГНЧ, снять в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц зависимость напряжения на выходе фильтра от частоты. Составить таблицу экспериментальных данных для каждого из фильтров.

Методика определения фазового сдвига описана в прил. 1. Измерения в этом случае следует проводить в тех же точках диапазона частот, в которых был рассчитан коэффициент K.

2. Построить графики АЧХ и ФЧХ фильтров. Частоту на графиках откладывать в логарифмическом масштабе.

3. Провести сравнительный анализ результатов расчета и эксперимента.

4. Используя программу Electronics Workbench, собрать схему, представленную на рис. 10. С помощью данной схемы построить АЧХ и ФЧХ фильтров исследованных в п. 1 данного задания.

Для построения АЧХ фильтра (включена кнопка Magnitude) установить на измерителе АЧХ и ФЧХ линейную (кнопка Lin) шкалу по вертикали и логарифмическую (кнопка Log) по горизонтали. Установить минимальную (кнопка I) частоту 20 Гц, а максимальную (кнопка F) – 20кГц. В блоке Vertical задать изменение коэффициента передачи в пределах 0 ÷ 1.

Для построения ФЧХ нажать кнопку Hhase и, не изменяя заданного диапазона изменения частот, установить пределы изменения фазы от +90° до –90°.

Рис. 10

Измерения коэффициента передачи (или фазы) и частоты в простейшем случае можно производить на полученных графиках с помощью вертикальной визирной линейки или записать в текстовый файл.

Лабораторная работа №2 «Исследование активных rc-фильтры подавления помех».

Цель работы. Настоящая лабораторная работа выполняется с целью изучения свойств различных типов электрических низкочастотных фильтров и, в частности, активных RC-фильтров.

Назначение фильтров.

Фильтры предназначены для:

1. подавление индустриальных шумов и помех;

2. выделения необходимой полосы частот электрических сигналов в усилителях, радиоприемных и радиопередающих устройствах, системах передачи информации с частотным разделением каналов, специальной радиоизмерительной аппаратуре и т.д.;

3. корректирование частотных характеристик различных электронных устройств.

Основные электрические характеристики и типы фильтров.

К основным электрическим характеристикам фильтров относятся:

1. амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи

где - напряжение на выходе фильтра;

- напряжение на его входе.

2. фазочастотная характеристика коэффициента передачи .

3. частотные характеристики входного и выходногосопротивлений.

4. частотные характеристики входного и выходного характеристических сопротивлений.

5. частотная характеристика коэффициента затухания

(дБ).

6. частота среза .

В зависимости от полосы пропускания электрические фильтры разделяются на следующие типы:

1. фильтры нижних частот (ФНЧ), пропускающие электрические сигналы с частотами от 0 до частоты среза ;

2. фильтры верхних частот (ФВЧ), пропускающие электрические сигналы от частоты среза до ∞;

3. резонансные фильтры, пропускающие электрические сигналы в полосе частот около резонансной частоты;

4. полосовые фильтры, пропускающие электрические сигналы в полосе частот от до;

5. заграждающие фильтры, не пропускающие электрические сигналы в полосе частот от до.

Избирательность электрического фильтра, определяемая характеристикой коэффициента затухания, и частотная зависимость характеристического сопротивления фильтра являются важнейшими электрическими характеристиками фильтров. Чем больше крутизна скатов характеристики коэффициента затухания, больше затухание в полосе непропускания, меньше и равномернее затухание в полосе пропускания, тем лучше фильтр. При несогласовании характеристического и нагрузочного сопротивлений ухудшается характеристика коэффициента затухания фильтра. Обычно стремятся к тому, чтобы характеристическое сопротивление фильтра в полосе пропускания обладал необходимым постоянством. В этом случае при нагрузке фильтра на активное сопротивление, входное сопротивление фильтра будет также наиболее постоянным, что позволяет обеспечить режим наилучшего согласования и работы фильтра.