Лабораторная работа 10 / ECMST_lab10

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

им. В. И. Ульянова (Ленина) «ЛЭТИ»

Kафедра МИТ

Лабораторная работа №10 “Aктивные фильтры на основе операционного

усилителя”

Выполнил: Кондратьев В.И. Группа: 4209

Проверил: Холуянов К. К

Санкт-Петербург

2007

Содержание

2

Лабораторная работа №10

“Aктивные фильтры на основе операционного усилителя”

Цель работы: Исследовать активные фильтры на основе операционного усилителя, построить АЧХ и ФЧХ ФНЧ.

1 Основные сведения

Цепь, изображенная на рис.(1), имеет комплексную частотную характеристику:

частоте.

Рис. 1: Схема ФНЧ на основе ОУ

Это выражение совпадает по форме с выражением для комплексной ЧХ RCL-звена пассивных фильтров:

где роль коэффициента 2α выполняет величина 3−KООС. Поэтому, приравнивая величину (3 − KООС)/2 значению вещественной компоненты полюсов соответствующего пассивного ФНЧ, можно настроить схему рис.(1) так, что она будет либо активным ФНЧ (Баттерворта, Чебышева и т.п.) 2-го порядка, либо звеном многозвенного полюсного фильтра более высоких порядков.

Так, для ФНЧ Баттерворта 2-го порядка (3 − KООС)/2 = 0.707, откуда KООС = 1.59, следовательно, R4/R3 = 0.59 и из условия симметрии входных токов ОУ R4 = R1 · KООС и R3 = R1 · KООС/(KООС − 1) = 2.7 · R1. В 1 приведены расчетные значения коэффициентов усиления по постоянному току и необходимых для получения заданной ЧХ значений сопротивления резисторов цепочек обратной связи звеньев рис.(1).

3

Таблица 1: расчетные значения коэффициентов усиления

2Исходные данные

Принципиальная схема цепей, подлежащих исследованию, представлены на рис.(2).

Рис. 2: Цепи, подлежащие исследованию

•Данные из задания на работу:

–Модель усилителя: LM208A.

4

3Порядок выполнения работы

1.Исследование зависимости порядка фильтра от величины отрицательной обратной связи.

2.Исследование влияния на характеристики фильтра величины конденсаторов цепи ОС (Cf).

3.Исследование влияния на характеристики фильтра величины сопротивлений цепи ОС (Rf).

4.Исследование зависимости Uвых от Uвх для режимов DC и Transient.

5.Исследование зависимости работы усилителей от изменения температуры.

4Выбор и обоснование необходимых видов анализа

4.1Анализ по постоянному току

Данный вид анализа является необходимым в соответствии с требованиями задания. По требованиям задания данной работы анализ по постоянному току необходим. Для изучаения свойств активных фильтров проведем анализ по постоянному току.

4.2Снятие частотных характеристик

Данный вид анализа является необходимым в соответствии с требованиями задания. По требованиям задания данной работы снятие частотных характеристик необходимо. Для изучаения свойств активных фильтров проведем снятие частотных характеристик.

4.3Анализ во временной области

Данный вид анализа является необходимым в соответствии с требованиями задания. По требованиям задания данной работы анализ во временной области необходим. Для изучаения свойств активных фильтров проведем анализ во временной области.

5Результаты экспериментов

АЧХ и ФЧХ при различных значениях величины обратной связи изображена на рис.(3). АЧХ и ФЧХ при различных значениях величины ёмкости кондексаторов цепи обратной связи изображена на рис.(4).

АЧХ и ФЧХ при различных значениях величины сопротивления резисторов цепи обратной связи изображена на рис.(5).

Зависимость выходного напряжения от входного для режима DC представлена на рис.(6). Зависимость выходного напряжения от входного для режима Transient при периодическом испульсном входном сигнале представлена на рис.(7).

АЧХ и ФЧХ при различных температурах представлена на рис.(8).

5

Рис. 3: АЧХ и ФЧХ при различных значениях величины обратной связи

Рис. 4: АЧХ и ФЧХ при различных значениях величины ёмкости кондексаторов цепи обратной связи

6

Рис. 5: АЧХ и ФЧХ при различных значениях величины сопротивления резисторов цепи обратной связи

Рис. 6: Зависимость выходного напряжения от входного для режима DC

7

Рис. 7: Зависимость выходного напряжения от входного для режима Transient при периодическом испульсном входном сигнале

Рис. 8: АЧХ и ФЧХ при различных температурах

8

6Анализ результатов и выводы по работе

1.Для увеличения порядка фильтра увеличиваем Kоос. При этом в районе частоты среза крутизна АЧХ увеличивается у фильтра с частотной зависимостью в цепи ОС. Это видно на рис.(3).

2.Изменение порядка фильтра слабо влияет на изменение АЧХ фильтра без частотной зависимости в цепи ОС.

3.Частота среза уменьшается с увеличением емкости конденсаторов в цепи обратной связи. Это видно на рис.(4).

4.Частота среза фильтра с ёмкостью в цепи обратной связи уменьшается с увеличением сопротивления резисторов. Это видно на рис.(4).

5.Изменение сопротивления резисторов слабо влияет на фильтр без ёмкостей в цепи обратной связи. Это видно на рис.(5).

6.На постоянном токе фильтры эквивалентны. Это видно на рис.(6).

7.При резком изменении входного напряжения фильтр без емкости в цепи ОС мгновенно повторяет форму входного сигнала, а фильтру с емкостью в цепи ОС требуется время, чтобы повторить входной сигнал. Это хорошо заметно при пропускании импульсного сигнала рис.(7).

8.Изменение температуры практически не влияет на характеристики фильтров, поэтому можно говорить о температурной стабильности.

9