Содержание отчета

1. Схема исследуемого каскада.

2. Расчет элементов схемы.

3. Таблица экспериментальных данных.

4. Экспериментальные графики.

5. Сравнение и оценка точности заданных и экспериментальных данных, выводы.

Часть II активные фильтры

Цель работы: исследование активных фильтров на операционных усилителях.

Порядок работы: по требованиям технического задания определить порядок и выбрать схему активного фильтра. Рассчитать элементы фильтра по приведенной в пособии методике. Произвести монтаж и настройку активного фильтра на лабораторном макете. Измерить основные характеристики фильтра, сравнить их с заданными по ТЗ и в случае необходимости произвести подстройку фильтра. Составить отчет.

Теоретические сведения

Активным фильтром (АФ) называется схема, рассчитанная на пропускание сигналов в определенной полосе частот и подавление сигналов за пределами этой полосы. Активные фильтры выполняются в виде RC-цепей и активных элементов на транзисторах, операционных усилителях или других приборах. Существуют четыре основных типа фильтров: фильтр нижних частот (ФНЧ) – это схема, напряжение на выходе которой постоянно от нулевой частоты до частоты среза f_ср. фильтр верхних частот (ФВЧ) ослабляет выходное напряжение на частотах ниже частоты среза f_ср; полосовые фильтры (ПФ) пропускают

19

Дано: fp, Qp.

Задаются: С1=С2=С; R1=R2=R3=R.

Вспомогательный параметр:

Настройка: fp – резистором R4, глубина подавления и добротности Qp – резистором R5 и R6 (итеративно).

Активный фильтр баттерворта третьего порядка на одном оу

На рис.26 представлена схема трехполюсного звена на одном ОУ низкочастотного фильтра с крутизной спада 60 dB/дек.

Схема высокочастотного фильтра с крутизной спада 60 dB/дек представлена на рис.27.

Частота среза по уровню 3dB определяется выражением

.

Задаваясь значением сопротивления R (для схемы НЧ) или С (ВЧ), по заданному значению f_3dB находим значение второго параметра (С или R).

18

II. Среднедобротные фильтры (рис.24)

Дано: fp, Qp.

Задаются: C1, C2, R1.

Вспомогательный параметр:

.

Настройка: частота режекции fр – резистором R2, глубина режекции – резистором R4, а добротность Qp – резистором R3.

III. Высокодобротные фильтры (рис.25)

7

сигналы в определенной полосе частот и ослабляют за ее пределами; заграждающие или режекторные фильтры (РФ) вырезают определенную полосу частот, подавляя частоты в пределах этой частоты.

Частотой среза называют частоту на уровне 0,707 или -3 дБ, ее также называют частотой перегиба или излома характеристики. Известно, что основные характеристики фильтра определяются его типом. Так, фильтр Баттерворта реализует максимально плоскую амплитудно-частотную характеристику, но за счет ухудшения нарастания затухания. Если более важным параметром фильтра является крутизна нарастания затухания в ущерб пульсации полосы пропускания, то используется фильтр Чебышева или его разновидности. Так как крутизна затухания фильтра Баттерворта достаточно хорошая и он обладает приемлемой импульсной характеристикой, обеспечивая хорошую универсальную аппроксимацию идеальной характеристики фильтра, то он является наиболее употребляемым типом фильтра. В устройствах, не требующих плоской АЧХ в полосе пропускания и допускающих пульсации АЧХ до нескольких дБ, используются фильтры Чебышева, так как при одинаковой избирательности по сравнению с фильтрами Баттерворта они имеют в два раза меньше звеньев. Скорость нарастания затухания фильтра вне полосы пропускания зависит от порядка фильтра. Так, для фильтров с единичным коэффициентом передачи затухание определяется по соотношению:

Y=-20N, дБ/дек

где N – порядок фильтра.

На рис.8 показаны идеальная и реальная частотные характеристики фильтра нижних частот.

8

Фильтры Баттерворта не рассчитаны на поддерживание постоянного фазового сдвига на частоте среза. Фильтр первого порядка имеет на частоте среза сдвиг по фазе -45⁰, второго порядка -90⁰ и т.д., то есть:

= - N45⁰.

В зависимости от вида амплитудно-частотной характеристики фильтры подразделяются на низкодобротные, среднедобротные и высокодобротные. На рис.9 представлены АЧХ фильтров нижних частот разной добротности.

Фактически параметр Q является добротностью полюса и может быть оценен отношением максимального коэффициента усиления (в пике) к коэффициенту усиления в плоской полосе АЧХ. На частоте fp (при которой K_max) фазовый сдвиг равен -45⁰ и имеет максимальную крутизну, что позволяет на практике точно измерить параметры fp и Qp по фазово-частотной характеристике. Следует отметить, что только для полосы пропускания фильтра второго порядка значение параметра Qp совпадает с общепринятым понятием добротности Q, определяемым как отношение резонансной частоты к полосе пропускания на уровне -3dB.

На практике путем комбинаций отдельных звеньев фильтров с различными значениями добротности создаются сложные фильтры с высокой избирательностью и равномерной АЧХ в полосе пропускания.

17

Настройка: f₀ – резистором R3, а Q – резистором R5 (на добротность также влияет внутреннее сопротивление источника сигнала).