4.2. Цель работы

Цель лабораторной работы – сравнение теоретических и экспериментальных характеристик фильтров, проектирование и настройка фильтров порядка, построенных на операционных усилителях (ОУ).

4.3. Содержание работы и порядок ее выполнения

4.3.1. Порядок расчета элементов схемы

Исходными данными для расчета фильтра являются значения частот квазирезонанса ƒ_mi и добротностей Q_i звеньев, полученных у преподавателя. Конденсаторы С₃ и С₄ установлены на макете заранее и имеют емкости 1 и 2 нФ соответственно.

С учетом вышеизложенного расчет производят в следующем порядке:

1. Определяют полосу пропускания первого и второго звена по формуле Δƒ_I=ƒ_mi/Q_i, i=1,2.

2. Вычисляют сопротивления резисторов: R₁= , R₂=(2πΔƒ_iC₄)^-1.

3. Находят коэффициенты усиления L_mi звеньев из выражения

L_mi=20lg(R₂C₄/(R₁C₃).

4. Определяют разности частот

ƒ_2i – ƒ_1i = .

5. Строят упрощенные графики ЛАЧХ звеньев на одном рисунке, нанося характерные точки, соответствующие частотам ƒ_mi, Δƒ_i, (ƒ_2i-ƒ_1i), где i=1, 2 и асимптотические прямые, идущие с наклоном ±6 дБ/окт. Для удобства последующих построений по оси абсцисс значения частоты откладываются через октаву от ƒ₀ = (ƒ_m1+ƒ_m2) в диапазоне от ƒ₀/4, до 4ƒ₀.

4.3.2. Порядок выполнения работы

1. Соберите схему первого звена фильтра, убедитесь в правильности монтажа.

2. Подключите ко входу звена звуковой генератор и определите основные параметры каскада. Для этого, поддерживая постоянной амплитуду синусоидального входного сигнала, изменяйте его частоту.

Частоту квазирезонанса ƒ_mi определите по максимальной амплитуде выходного неискаженного синусоидального сигнала и измерьте ее частотомером. Если отклонение ƒ_mi от заданного значения превосходит 2…3%, то, изменяя сопротивление R₁, установите ƒ_mi в указанном допуске. Коэффициент усиления L_mi на частоте квазирезонанса находится как отношение амплитуд выходного и входного сигнала на частоте ƒ_mi, выраженное в децибелах.

Полосу пропускания Δƒ_i найдите как разность двух частот, на которых коэффициент передачи равен L_mi-3. Расхождение с заданным значением устраните изменением сопротивления R₂. Следует отметить, что, поскольку R₂ также влияет на ƒ_mi, то может потребоваться несколько последовательных итераций настройки ƒ_mi и Δƒ_i за счет изменения сопротивлений R₁ и R₂. Результат можно считать удовлетворительным, когда ƒ_mi и Δƒ_I отличаются от заданных соответственно на 2…3% и 5%.

Нанесите на график ЛАЧХ экспериментально найденные в процессе настройки характерные точки.

3. Снимите ЛАЧХ звена L(ƒ) = 20lg( ) при ранее установленном значении амплитуды входного сигнала. Измеряйте U_вых и U_вх милливольтметром переменного тока для 8…10 значений частоты в диапазоне от ƒ_mi/4 до 4ƒ_mi, в том числе и точки ƒ_2i и ƒ_1i. Результаты измерений сведите в таблицу, отметьте на графике ЛАЧХ звена экспериментально найденные точки.

4. Не разбирая схему первого звена, проделайте пункты 2…4 программы работы для второго звена фильтра.

5. включите звенья фильтра последовательно и снимите ЛАЧХ фильтра четвертого порядка в диапазоне от (ƒ_m1+ƒ_m2)/8 до 2(ƒ_m1+ƒ_m2) для десяти значений частоты, обязательно выделяя точки, соответствующие экстремумам ЛАЧХ.

6. Определите из графика ЛАЧХ фильтра полосу пропускания по уровню ΔL, указанному в задании.

В отчете содержатся:

1. Исследуемые схемы.

2. Расчетные соотношения и результаты расчетов.

3. Результаты экспериментальных исследований.

4. Выводы по работе исследуемых схем. Сопоставительный анализ расчетных и экспериментальных результатов.

0. Контрольные вопросы

1. Вывод основных расчетных соотношений для исследуемых схем.

2. Как влияет стабильность параметров на точность работы рассмотренных схем?

3. Чем отличаются фильтры Чебышева от фильтров Баттерворта?

4. Как построить фильтр произвольного порядка?

5. Что такое заградительный фильтр и какие схемы используются для его реализации?

6. Чем определяется полоса пропускания исследуемых в работе фильтров?

7. Что такое частота квазирезонанса фильтра?

8. По каким принципам осуществляется выбор типа фильтров?

9. Порядок расчета фильтров.

10. Каковы особенности реализации и расчета биквадратных фильтров?

11. Какие типы помех подавляются фильтрами?

12. Какие типы помех подавляются фильтрами в биологических системах?

Практическая работа № 5

Исследование преобразователей напряжение – частота