Дослідження RC фільтрів.

Мета: опанувати методику представлення амплітудно-частотних характеристик фільтрів за допомогою діаграм Боде; провести аналіз пасивних RC фільтрів низьких та високих частот першого порядку.

Устаткування: Емулятор електричних кіл Electronics Workbench

Додаткові відомості:

Фільтри – це пристрої, які по-різному впливають на сигнали з різними частотами. Фільтри є найпоширенішими конструкціями в колах змінного струму. Можливості їх використання охоплюють практично всі галузі електроніки. З найбільш поширених можна зазначити задачі селекції (зокрема, радіо- та телеканалів), розділення сигналів різних частот, зменшення перешкод тощо.

До назви фільтрів часто додають види елементів, що використовуються для їх побудови, зокрема RC-фільтри складаються лише з резисторів та конденсаторів. Можна казати про RL-, LC- та RLC-фільтри. За умови, що до складу фільтрів входять додаткові джерела живлення, до назви фільтрів додають „активні”, в іншому разі фільтри називають пасивними.

За характером впливу на сигнали фільтри поділяють на

§ фільтри низьких частот (ФНЧ), які пропускають сигнали з частотами, меншими заданої, і редукують (заглушують) сигнали з більш високими частотами;

§ фільтри високих частот (ФВЧ), які пропускають сигнали високих частот і редукують сигнали низьких частот;

§ смугові фільтри, які пропускають сигнали з частотами певного діапазону;

§ режекторні (загороджувальні) фільтри, які пропускають сигнали з частотами, що не належать певному діапазону. Якщо фільтр налагоджується на одну частоту його називають вузькосмуговим або фільтром-пробкою.

В рамках даної роботи об’єктом дослідження виступають пасивні RC-фільтри низьких та високих частот.

Для характеристики фільтрів (і багатьох інших пристроїв) використовуються амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) та фазово-частотні характеристики (ФЧХ). АЧХ являє собою графік залежності коефіцієнта підсилення (передачі) фільтра від частоти сигналу, що подається на фільтр. ФЧХ – графік залежності зсуву фаз між вхідним та вихідним сигналом від їх частоти.

При побудові АЧХ та ФЧХ прийнято користуватись наступними особливостями. Коефіцієнт підсилення k подається у логарифмічних одиницях – Белах [Б].

(1)

де та - амплітудні значення вхідної та вихідної напруги. Більш вживаною є масштабна одиниця – децибел [дБ].

(1а)

Наприклад, якщо вхідна та вихідна напруги мають однакову амплітуду, . Якщо вихідна напруга має більшу амплітуду, ніж вхідна, коефіцієнт матиме позитивне значення, якщо меншу – негативне. Співвідношення лінійного та логарифмічного коефіцієнтів підсилення наведено у табл. 5.1.

Таблиця 5.1.

Співвідношення лінійного та логарифмічного коефіцієнтів підсилення

			1/2	1/3	1/4 = 1/2∙1/2	1/5	1/7	1/10	1/100	1/200 = 1/2∙1/100
			-6	-9,5	-12 = -6-6	-14	-17	-20	-40	-46 = -40-6

Вісь частот в АЧХ та ФЧХ теж прийнято відкладати у логарифмічному масштабі.

Побудовані відповідно до зазначених вимог АЧХ та ФЧХ називають діаграмами Боде. Типові діаграми Боде для ФВЧ наведені на рис. 5.1.

Діаграми Боде набули популярності тому, що суттєво спрощують аналіз спектральних особливостей кіл. Зокрема АЧХ фільтра високих частот на діаграмі Боде складається з двох ланок – спадної та константної, які переходять одна в іншу через точку f₀, яка називається частотою зрізу. Коефіцієнт передачі фільтра на частоті зрізу становить -3 дБ, зсув фаз складає 45⁰

АЧХ різних ФВЧ відрізняються лише положенням частоти зрізу (зсувом рисунка ліворуч або праворуч).

Діаграма Боде для фільтрів низьких частот є дзеркальним відображенням діаграми ФВЧ відносно частоти зрізу (відносно пунктирної лінії на рис. 5.1).

Електричні схеми RC-фільтрів низької та високої частоти наведені на рис. 5.2. Для таких фільтрів частоти зрізу визначаються однаковим способом – за формулою (2).

(2)

Методика вимірювання зсуву фаз детально описана у лабораторній роботі № 3 і схематично відтворена рисунком 3.3 та формулою (3).

(3)

Вимірювання коефіцієнту передачі фільтра теж можливе за допомогою осцилографа. Для цього вимірювальні лінійки встановлюються у точки максимального значення сигналів (амплітудні значення). Відповідні величини напруги з’являються у параметрах лінійок (рис. 4). Отримані значення підставляються у формулу (1а) і розраховується коефіцієнт передачі.

Наприклад, за наведеними на рис. 5.4. значеннями напруг,

Слід зауважити, що амплітудні значення напруг можна визначити за масштабною сіткою осцилографа (у клітинках), але в такому разі слід пам’ятати про можливість різного масштабу за напругою каналів А та В. Врахувавши також меншу точність візуального встановлення кількості клітинок, можна сказати, що не варто користуватись сіткою, краще пересунути вимірювальні лінійки.

Для додаткового дослідження можна запропонувати смуговий та загороджувальний RC фільтри, наведені на рис. 5.5.

Налагоджені на частоту, задану формулою (2), фільтри повинні складатись з елементів, зазначених на рис. 5. Смуговий фільтр можна уявити як ФВЧ та ФНЧ, з’єднані послідовно. Загороджувальний фільтр (так званий подвійний Т – міст) можна уявити як паралельне з’єднання фільтрів низьких та високих частот. Проте, безпосереднє з’єднання зазначених фільтрів не призведе до бажаного ефекту, доводиться застосовувати додаткові, розв’язувані елементи.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЗАВДАННЯ	\|	ЗАВДАННЯ.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.044 сек.