Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Факультет Технической Кибернетики
Кафедра Автоматики и Вычислительной Техники
Отчёт по
Лабораторной Работе №10
"Активные RC-фильтры"
по курсу "Электроника"
за 5 семестр.
Вариант №5.
Выполнил:
Студент группы 3081/2
Проверил:
Преподаватель _______
Санкт-Петербург
2007
1) Цель работы.
Сравнение теоретических и экспериментальных характеристик фильтров, проектирование и настройка фильтров высокого порядка, построенных на операционных усилителях.
2) Задачи, решаемые при выполнении работы.
- Выбор параметров фильтра по заданным частоте и добротности.
- Монтаж схем и настройка звеньев.
- Снятие экспериментальных ЛАЧХ и определение полосы пропускания фильтров.
- Сравнение полученных результатов с теоретическими данными.
3) Схемы используемых устройств.
Рис. 3.1. Звено фильтра 2-го порядка.
4) Используемые формулы.
4.1) Расчёт параметров фильтра.
4.1.1) Передаточная функция звена 2-го порядка.
(4.1.1)
4.1.2) Частота квазирезонанса.
(4.1.2)
4.1.3) Полоса пропускания фильтра.
(4.1.3)
4.1.4) Добротность фильтра.
(4.1.4)
4.1.5) Коэффициент усиления при частоте резонанса.
(4.1.5)
4.2) Расчёт элементов фильтра.
4.2.1) Расчёт сопротивления R1.
(4.2.1)
4.2.2) Расчёт сопротивления R2.
(4.2.2)
5) Исходные данные.
5.1) Параметры микросхемы 140УД20.
5.2) Требуемые параметры первого звена фильтра.
5.3) Требуемые параметры второго звена фильтра.
6) Расчёт и выбор элементов схемы.
6.1) Расчёт первого звена фильтра.
6.1) Расчёт второго звена фильтра.
7) Выполнение работы.
7.1) Исследование первого звена фильтра.
7.1.1) Определение частоты квазирезонанса.
Оценим погрешность задания частоты квазирезонанса:
Полученное значение меньше допустимой погрешности, следовательно, дополнительная настройка фильтра не требуется.
7.1.2) Определение полосы пропускания фильтра.
Определим выходное напряжение на границах зоны пропускания:
Заданное напряжение на выходе было получено при
частотах сигнала 793 и 982 Гц. При этом входной сигнал изменился не более чем
на 1 мВ. Было, решено, что данное изменение не оказывает сильного влияния на
выходной сигнал. Была получена полоса пропускания 
.
7.1.3) Снятие частотной характеристики фильтра.
Табл. 7.1. Исследование первого звена фильтра.
Как видно из таблицы, полученная характеристика близка к теоретическим данным в расчитанной полосе пропускания фильтра. Частотная характеристика приведена на рис. 7.1.3.
Рис. 7.1. Частотная характеристика первого звена фильтра.
7.2) Исследование второго звена фильтра.
7.2.1) Определение частоты квазирезонанса.
Оценим погрешность задания частоты квазирезонанса:
Полученное значение меньше допустимой погрешности, следовательно, дополнительная настройка фильтра не требуется.
7.2.2) Определение полосы пропускания фильтра.
Определим выходное напряжение на границах зоны пропускания:
Заданное напряжение на выходе было получено при
частотах сигнала 1030 и 1252 Гц. При этом входной сигнал изменился не более чем
на 2 мВ. Было, решено, что данное изменение не оказывает сильного влияния на
выходной сигнал. Была получена полоса пропускания 
.
7.2.3) Снятие частотной характеристики фильтра.
Табл. 7.2. Исследование второго звена фильтра.
Погрешности оказались существенно больше, чем в п. 7.1. Это обьясняется меньшей точностью задания параметров элементов. Частотная характеристика приведена на рис. 7.2.3.
Рис. 7.2. Частотная характеристика второго звена фильтра.
7.3) Исследование составного фильтра.
7.3.1) Нахождение максимумов и минимумов в полосе пропускания.
При рассмотрении полосы частот между f1 и f2 не было найдено двух максимумов коэффициента усиления. Было предположено, что это вызвано близким расположением частот квазирезонанса, что привело к вырождению характеристики. На рис. 7.3.1. приведёна теоретическая характеристика фильтра, построенная исходя из полученных экспериментальных характеристик звеньев:
Рис. 7.3.1.1. Теоретическая характеристика фильтра, составленного из рассмотренных звеньев.
Рис. 7.3.1.2. Теоретическая полоса пропускания исследуемого фильтра.
По рисункам видно, что в диапазоне [900, 1090] Гц пульсация коэффициента усиления составляет 0.15 дБ. Тогда отклонение Ku не превышает 1.7%. При исследовании области квазирезонанса напряжение входного сигнала задавалось с точностью до двух знаков, поэтому не удалось найти выраженные минимум и максимумы коэффициента усиления.
Определим теоретические характеристики для ΔL=2 дБ:
7.3.2) Экспериментальное исследование фильтра.
Определим частоту квазирезонанса:
7.3.3) Определение полосы пропускания фильтра.
Заданная уровень полосы пропускания- 2 дБ. Тогда значение граничного напряжения определяется по формуле:
Данное напряжение на выходе соответствовало частотам. 853 и 1180 Гц. Ширина полученной полосы пропускания равняется 227 Герцам. При этом скорость затухания сигнала в полосе отсечки увеличилась.
7.3.4) Частотная характеристика фильтра.
Табл. 7.3. Исследование частотной характеристики составного фильтра.
Рассмативались погрешности относительно фильтра с заданными параметрами и фильтра, составленного из звеньев с полученными ранее параметрами. Оказалось, что погрешности в областях вне квазирезонанса обьясняется отличием параметров звеньев от заданных.
В области квазирезонанса коэффициент усиления был существенно ниже теоретического, но форма сигнала оставалась синусоидальной, т.е. искажений на выходе, вызванных выходом ОУ в режим насыщения, не было. Было решено, что отклонение вызвано недостаточно большими сопротивлением R12 для согласования звеньев фильтра. Сравнительные ЛАЧХ приведены на рисунках 7.3.4.1 и 7.3.4.2.
Рис. 7.3.4.1 Частотная характеристика составного фильтра.
Рис. 7.3.4.2 Частотная характеристика составного фильтра.
8) Выводы.
В лабораторной работе были рассмотрена работа фильтра четвёртого порядка и его составляющих.
При исследовании отдельных звеньев удалось получить требуемую частоту квазирезонанса с высокой точностью.
При исследовании составного фильтра погрешность оценивалась относительно как заданных параметров фильтра, так и экспериментально полученных параметров звеньев. Оказалось, что погрешности вне области квазирезонанса вызваны отличием параметров звеньев от заданных. Однако, в области квазирезонанса было обнаружено сильное отличие полученного коэффициента усиление от теоретического. Было решено, что погрешность вызвана недостаточным входным сопротивлением второго звена, из-за чего устройства оказались плохо согласованными.
В целом, полученные экспериментальные результаты соответствовали теоретическим. Результаты лабораторной работы можно считать успешными.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.