1. Исследование пассивного фильтра нижних частот (ФНЧ)
Подготовка к выполнению работы
Схема пассивного RC-фильтра нижних частот 1-го порядка показана на рис.
Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:
К(w) = , где частота среза w0 = 1/RC = 2 π f
Для всех схем в лабораторной работе значения С и R задаются преподавателем в соответствии с номером варианта.
|
Вариант |
С, нФ |
R1, кОм |
R2, кОм |
|
1 |
10 |
1 |
10 |
|
2 |
20 |
1 |
5 |
|
3 |
30 |
0,5 |
5 |
|
4 |
40 |
0,2 |
1 |
|
5 |
50 |
0,4 |
4 |
|
6 |
60 |
0,2 |
5 |
|
7 |
70 |
0,3 |
10 |
|
8 |
80 |
0,5 |
5 |
|
9 |
90 |
0,2 |
1 |
|
10 |
100 |
0,3 |
2 |
|
11 |
110 |
0,2 |
1 |
|
12 |
120 |
0,1 |
2 |
|
13 |
130 |
0,05 |
1 |
|
14 |
140 |
0,2 |
2 |
|
15 |
150 |
0,3 |
1 |
Порядок выполнения работы
1.1.Собрать схему в программе WorkBench, как показано на рис. . К выходу и входу подключить Бодэ-плоттер и осциллограф (использовать 2 канала осциллографа: А и В). На вход подать сигнал от функционального генератора. Сопротивление резистора установить равным R1.
С многофункционального генератора подать прямоугольные импульсы амплитудой 10 В, скважность – 0,5 (меандр). Частота импульсов – 1 кГц.
1.2. Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный (а не логарифмический) масштаб по осям f и К (lin).
Примечание: пределы коэффициента передачи (масштаб Vertical) установить от 0 до 1, пределы частоты (Horizontal) – ориентировочно от 1 mHz до 100 kHz. Для измерения АЧХ установить режим Magnitude, для измерения ФЧХ – Phase и пределы фазы – от -900 до 0.
1.3. Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе, (при этом, кроме Боде-плоттера удобно использовать инструмент Display Graphs на панели инструментов).
1.4. По полученной АЧХ определить частоту среза фильтра. При этом удобно пользоваться вертикальной линейкой указателя в окне Боде-плоттера.
1.5. Установить логарифмический масштаб по осям f и К (log).
1.6. Зарисовать АЧХ в логарифмическом масштабе.
1.7. По полученной с помощью Боде-плоттера АЧХ в логарифмическом масштабе определить частоту среза фильтра.
1.8. Рассчитать теоретическое значение частоты среза w0 по формуле. Сравнить полученные значения.
1,9. При помощи осциллографа наблюдать входной и выходной сигнал, используя 2 канала осциллографа. Зарисовать временные диаграммы при сопротивлениях резистора, равных. R1и R2.
Примечание: масштаб усиления в каналах А и В установить примерно 10 V/div (т, е. 10 Вольт в 1 делении), масштаб развёртки –примерно 0.20ms/div, т. е. 0,2 мс в 1 делении.
2. Исследование пассивного фильтра верхних частот (ФВЧ)
Подготовка к выполнению работы
Схема пассивного RC-фильтра верхних частот 1-го порядка показана на рис..
Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:
К(w) = где частота среза w0 = 1/RC = 2 π f
Схема ФВЧ исследуется в работе совершенно аналогично 1-й части- ФНЧ.
Порядок выполнения работы
2.1. – 2.9. Выполнить совершенно аналогично пунктам 1.2. – 1.9. Единственное отличие – поменять в схеме R и C местами. пределы измерения фазы – от 0 до +900.
3. Исследование полосового фильтра (ПФ)
Подготовка к выполнению работы
Схема ПФ в виде моста Вина показана на рис..
Максимальный коэффициент передачи фильтра определяется по формуле: К0 =
(В данном случае К = 1/3, т.к. R1=R2=R, C1=C2=C),
где w0 = 1/RC = 2πf – частота, на которой коэффициент передачи максимален
Порядок выполнения работы
3.1.Собрать схему моста Вина в программе WorkBench, (аналогично предыдущим, подключив функциональный генератор и Боде-плоттер)
При снятии АЧХ при помощи Боде-плоттера режим работы функционального генератора не учитывается, поэтому в данной части работы генератор можно установить в любой режим (но подключить его нужно обязательно)..
1.2. Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный масштаб по осям f и К
1.3. Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе.
1.4. По полученной АЧХ определить частоту w0 максимального коэффициента передачи фильтра.
1.5. Рассчитать теоретическое значение частоты w0 по формуле. Сравнить полученные значения.
Содержание отчёта
Для ФНЧ и ФВЧ в отчёте должны быть представлены:
— схема и номиналы элементов;
— графики АЧХ в линейном и логарифмическом масштабах. На графиках должны быть показаны значения частоты среза w0;
— график ФЧХ, на котором должны быть показана частота среза w0;
— расчёт теоретического значения частоты среза w0;
— временные диаграммы входного и выходного сигналов для 2 значений параметров R и C.
Для полосового фильтра:
— схема и номиналы элементов;
— графики АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе с отмеченным значением w0.
— расчёт теоретического значения частоты w0;
Контрольные вопросы
Определение, классификация электрических фильтров. Порядок фильтра. Схемы и расчётные формулы для ФВЧ, ФНЧ, ПФ, РФ 1-го порядка. Графики АЧХ и ФЧХ.
