ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОГО ФИЛЬТРА ВЕРХНИХ ЧАСТОТ

1

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОГО ФИЛЬТРА ВЕРХНИХ ЧАСТОТ.

Цель работы: Изучить устройство и работу активного фильтра верхних частот.

Приобрести навыки компьютерного моделирования радиоэлектронных устройств с помощью программы ElectronicsWorkbench и навыки проведения натурного эксперимента и работы с радиоизмерительными приборами. С помощью натурного эксперимента подтвердить репрезентативность компьютерного моделирования.

Приборы и материалы: ПК 486 модели, дискета 3,5``,

макет активного фильтра верхних частот, генератор низкочастотный Г3-112, электронный милливольтметр В3-38 (В3-13), двухлучевой осциллограф С1-55, соединительные 50омные коаксиальные кабели.

Краткая теория. Операционные усилители широко применяются для построения активных фильтров. Как и любой активный фильтр (ток есть фильтр, содержащий в своём составе активный четырёхполюсник), активные фильтры на операционных усилителях обладают рядом примуществ перед пассивными фильтрами, главные из которыхболее широкий класс реализуемых передаточных функций, большая гибкость в выборе способов реализации и изменения параметров, развязывание цепи, формирующей передаточную функцию, от влияния нагрузки, усиление сигнала и т. д.

Данный активный фильтр верхних частот построен на базе операционного усилителя µА741 (140УД7).Сигнал подаётся на неинвертирующий вход операционного усилителя через несколько включённых последовательно

2

дифференцирующих звеньев. Вот так выглядит его принципиальная электрическая схема.

Выбор частоты среза верхних частот осуществляется ёмкостью конденсаторов С1С3 или сопротивлением резисторов R2 – R3.

Крутизна амплитудно-частотной характеристики определяется номиналами резисторов R4 – R5 в цепи делителя, с которого снимается напряжение отрицательной обратной связи, и регулируется подбором сопротивления резистора R4.

Так выглядит наш фильтр верхних частот в рабочем окне программы Electronics Workbench v.5.12.

3

Осциллограммы входного и выходного сигналов выглядят следующим образом. Синяя в верхней половине экрана – входной сигнал, а красная в нижней половине экрана

– выходной сигнал.

4

Теперь посмотрим АЧХ и ФЧХ нашего ФВЧ.

5

Вверху изображены АЧХ, а внизу – ФЧХ. Прямые синие линии – это соответствует сигналу на входе фильтра, а кривые красного цвета – сигналу на выходе.

Порядок выполнения работы. Сначала выполняется компьютерное моделирование, а затем – натурный эксперимент. Включите компьютер, загрузите программу EWB, откройте файл «активный фильтр верхних частот.ewb». Путь к файлу диск С: \ Program Files \ Ewb512 \ Circuits \ схемы \

активный фильтр верхних частот.ewb. Запустить процесс симуляции щелчком левой кнопки мышки по выключателю, расположенному в верхнем правом углу экрана. Активируйте осциллограф, щелкнув левой кнопкой мышки по его значку в схеме и выбрав в появившемся меню пункт «Open» (открыть). У осциллографа настройте вертикальное отклонение лучей, скорость развёртки, смещения по осям Х и Y так, чтобы удобно было наблюдать сигналы на входе и на выходе схемы.

6

Параметры синусоиды, подаваемой с генератора функций, частота 10 кГц, амплитуда 9В.

Пользуясь окном «AC-frequency» из меню «Analysis»,

снимите АЧХ и ФЧХ. .По виду АЧХ докажите, что схема действительно является ФВЧ.

Теперь перейдём к натурному эксперименту. Надо подключить макет активного фильтра верхних частот к блоку питания. К входу и выходу активного фильтра верхних частот подключить осциллограф. У осциллографа настройте вертикальное отклонение лучей, скорость развёртки, смещения по осям Х и Y так, чтобы удобно было наблюдать сигналы. Отрегулируйте входной сигнал с генератора Г3-112 так , чтобы синусоида на выходе ФВЧ шла без ограничения. Далее снимите АЧХ фильтра в точках 10, 100 Гц, 1, 10 и 20 кГц, устанавливая на входе ФВЧ гармонический сигнал с генератора Г3-102 с постоянным уровнем и замеряя уровень выходного сигнала электронным милливольтметром В3-38.

среза фильтра и сравните с результатом компьютерного моделирования.

Контрольные вопросы:

1.В чём заключаются преимущества активных фильтров перед пассивными?

2.Назовите основные особенности конструкции данного ФВЧ.

3.Как Вы думаете, происходит ли в ФВЧ дифференцирование сигнала? Ведь и на входе, и на выходе фильтра сигнал гармонический.

7

Литература:

1.Достал Иржи. Операционные усилители: пер. с

англ. – М.: Мир, 1982. – 512 с., ил.

2.Кар Дж. Проектирование и изготовление электронной аппаратуры: Пер. с англ. – 2-е изд. стереотип, -

М.: Мир, 1986. – 387 с., ил.

Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное

моделирование аналоговых устройств. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 260 с., ил.

3.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС. Программа Electronics Workbench и ее применение. –

М.:Солон – Р, 2001 – 726 с., ил.

4.Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов/Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; Под ред. О.П. Глудкина.

–М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 768 с., ил.

5.Примерная программа дисциплины «Основы схемотехники».

6.Расчет электронных схем. Примеры и задачи: Учеб. пособие для вузов по спец. электрон. техники Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев, В.А. Терехов и др. – М.: Высшая школа, 1987. – 335 с., ил.