1.4. Содержание отчета

1) Схемы исследуемого фильтра и измерений.

2) Основные расчетные формулы и заполненные таблицы с резуль­татами измерений и вычислений, подтвержденными контроль­ным примером.

3) Схемы реактивных двухполюсников, образующихся при коротком замыкании и холостом ходе на выходе фильтра, и частотные зависимости их сопротивлений. Теоретическая и экспериментальная зависимости должны быть построены на одном графике, при этом из экспериментальных данных следует использовать только реактивную составляющую.

4) Зависимости (теоретические и экспериментальные) характеристического сопротивления и фазовой постоянной от частоты.

5) Ответы на контрольные вопросы.

1.5. Контрольные вопросы

1) Как определить полосу пропускания (непропускания) фильтра по его частотным характеристикам – фазовой постоян­ной и характеристическому сопротивлению?

2) Чем следует руководствоваться при выборе нагрузки электрического фильтра?

3) По какому принципу соединяются звенья (полузвенья) фильтра?

4) Различаются ли фазовые характеристики двух фильтров НЧ (ВЧ), рассчитанных на одну и ту же частоту среза и выполненных по Т- и П-образ-ным схемам с одинаковым коэффициентом m?

5) Как потери в элементах фильтра влияют на его характеристическое сопротивление и фазовую постоянную?

Лабораторная работа 2

Исследование амплитудно-частотных характеристик электрических фильтров

Цель работы: изучить схемы и частотные зависимости собственного ослабления пассивного электрического фильтра и методы его экспери-ментального определения, амплитудно-частотные характеристики активных фильтров (ARC-фильтров) второго и третьего порядка.

2.1. Краткие сведения из теории

2.1.1. Пассивные фильтры

В современной аппаратуре к фильтрам предъявляются жесткие технические требования: они должны иметь незначительное ослабление в полосе пропускания и большую крутизну его увеличения в полосе запирания для обеспечения четкого разделения передаваемых сигналов.

Наиболее простые и экономичные фильтры типа k имеют медленно увеличивающееся ослабление. Включая дополнительный двухполюсник в параллельное или последовательное плечо, получают резонанс напряжений (токов) на частоте, достаточно близкой к частоте среза. При резонансе сопротивление измененного плеча последовательно-производного фильтра становится равным нулю, а параллельно-производного – бесконечности, поэтому ослабление стремится к бесконечности, такие фильтры называют фильтрами типа m. Частоту, на которой наблюдается резонанс напряжений или токов в измененном плече, называют частотой бесконечного ослабления . Однако в полосе непропускания при f < для ФВЧ и при f > для ФНЧ ослабление фильтров типа m снижается и становится меньшим, чем у фильтров типа k. Для обеспечения заданного ослабления в полосе непропускания применяют комбинированные фильтры [1, 2].

Если известны схема и элементы фильтра, то его номинальное характеристическое сопротивление R, коэффициент m, частоту среза и частоту бесконечного ослабления вычисляют по формулам (1.1) – (1.10), а ослабление – по формулам, приведенным в табл. 2.1.

Собственное ослабление фильтра, как и любого четырехполюсника, можно определить по результатам измерений входных сопротивлений холостого хода и короткого замыкания, а также с помощью указателя уровня.

Так как

,

то , (2.1)

где – модуль комплексного числа , вычисленного по формуле (1.16).

Таблица 2.1

Формулы для расчета собственного ослабления идеальных фильтров

Тип фильтра	Диапазон частот	Ослабление, дБ
Нижних частот
Верхних частот

Следует иметь в виду, что метод холостого хода и короткого замыкания дает большие погрешности при измерении незначительных (менее 2 дБ) и очень больших (свыше 20 дБ) затуханий и практически не применим для определения ослабления на частотах среза и бесконечного ослабления.

Для несимметричного четырехполюсника можно воспользоваться методом уровней, если обеспечить согласование его с нагрузкой (при прямом направлении передачи ):

, (2.2)

где , – мощность на входе и выходе четырехполюсника;

, – абсолютные уровни напряжения на входе и выходе фильтра, дБ.

В случае обратного направления передачи сигналов сопротивление нагрузки равно , и в последнем слагаемом формулы (2.2) следует поменять местами сопротивления и .

При определении рабочего ослабления следует использовать формулу:

, (2.3)

где Р_Е – уровень ЭДС, дБ.