Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Факультет технической кибернетики

Кафедра измерительных информационных технологий

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры ИИТ

протокол № 3

от "10" ноября 2009 г.

Виртуальная лабораторная работа № 20

Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием в пакете Electronics Workbench

Санкт-Петербург

2009

УДК________________________

Составители: проф. Сидорин Ю.С.

Рассмотрены пассивные фильтры охранных извещателей, принципы их работы, методы виртуального моделирования с применением программы Electronics Workbench.

Данная работа является уточненным и упрощенным вариантом лаб.11-1.Для более глубокого ознакомления с теоретической частью Вы можете использовать лабораторную работу № 11-1 и электронный вариант лекций [2].

Работа предназначена для студентов специальности 090104- "Комплексная защита объектов информатизации", а также для студентов других электрорадиотехнических специальностей.

Автор работы выражает благодарность инженеру Кожевниковой М.Н. за набор и коррекцию текста.

Цель работы

Изучение простейших пассивных ФНЧ и ФВЧ, применяемых в охранных извещателях. Научиться рассчитывать их характеристики и моделировать в пакете Electronics Workbench.

Программа работы

1. Изучить принцип работы пассивных фильтров

   1. Изучить принципы работы пассивного ФНЧ.

   2. Изучить принципы работы пассивного ФВЧ.

   3. Оценить достоинства и недостатки пассивных ФНЧ и ФВЧ.

2. Рассчитать основные параметры и элементы ФНЧ.

   1. Рассчитать параметры схемы в частотной области (сигнал синусоидальный U_m=1В):

а) рассчитать емкость конденсатора ФНЧ в случае отсутствия нагрузки при R₁=100кОм, f_ср=1кГц (рис.20.1),

б) рассчитать емкость конденсатора ФНЧ при наличии нагрузки R_н=100кОм (рис.20.9).

Сделать вывод, как влияет нагрузка на выходной сигнал; вернуть схему в исходное состояние.

2. Провести анализ ФНЧ во временной области, определить постоянную времени фильтра.

3. Определить выходное напряжение фильтра (постоянное и переменное) при подаче входных сигналов прямоугольной формы

1. скважности входного сигнала равной 2 на частотах 0,1f_ср,f_ср,10f_сри значением U_r⁺=1В,

б) при входном сигнале сложной формы на частоте f_ср(рис.20.10).

3. Определить основные параметры и элементы ФВЧ аналогично анализу ФНЧ.

4. Провести экспериментальный анализ ФНЧ в пакете Workbench:

1. Определить f_ср, U_mвых, АЧХ и ФЧХ фильтра при подаче синусоидального сигнала.

2. Определить постоянную времени фильтра.

3. Определить выходное напряжение ФНЧ при подаче прямоугольных сигналов на частотах 0,1f_ср; f_ср; 10f_ср.

4. Провести аналогичный анализ ФВЧ в пакете Workbench.

5. Сравнить расчетные и экспериментальные данные.

Методические указания

1. Принцип работы пассивных фильтров

Для анализа реакции RC-фильтра на входные сигналы различной формы можно использовать общую теорию RC цепей, но это сложно в получении конкретных результатов.

При наличии входных синусоидальных сигналов лучше использовать амплитудно-частотные характеристики сигнала АЧХ;

при наличии редких прямоугольных сигналов лучше использовать временные характеристики сигналов;

при наличии сигналов прямоугольной формы лучше использовать время импульсное представление сигналов.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) является схемой, которая без изменений передаёт сигналы нижних частот, а на высоких частотах обеспечивает затухание сигналов и запаздывание их по фазе относительно входных сигналов.

Фильтр верхних частот (ФВЧ) – это схема, которая передаёт без изменений сигналы высоких частот, а на низких частотах обеспечивает затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных сигналов.