Дослiдження частотних характерстик

РЕАКТИВНИХ ФIЛЬТРIВ

 

Мета роботи

 

1. Експериментальне дослiдження передатних амплiтудно-частотних та фазочастотних характеристик фiльтрiв типу К.

2. Розрахунок амплiтудно-частотних характеристик згасання фiльтрiв типу К.

3. Визначення параметрiв реактивних фiльтрiв за допомогою їх передатних амплiтудно-частотних характеристик.

 

Програма роботи

 

1. Дослiдити передатні амплiтудно-частотнi та фазочастотні характерис-тики фiльтрiв типу К.

2. Розрахувати передатні амплiтудно-частотнi характеристики згасання фiльтрiв типу К.

3. Користуючись амплiтудно-частотними характеристиками визначити основнi параметри фiльтрiв типу К.

 

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

 

1. За конспектом лекцiй та лiтературою, що рекомендована викладачем, вивчити матерiали роздiлу “Частотнi електричнi фiльтри”.

2. Врахувати, що при виконаннi лабораторної роботи № 9 використовуються тi самi вимiрювальнi прилади, що й при виконаннi попередніх лабораторних робіт, а реактивні фільтри, які повинні досліджуватися, змонтовані на друкованій платі змінного блока 1.

3. У робочому зошитi для лабораторних робiт знайти заготовку для вiдповiдного звiту i внести туди дані щодо мети i програми роботи.

4. У графi “Домашнє завдання” накреслити принциповi схеми дослiджу-ваних реактивних фiльтрiв, якi зображені на правій половині передньої панелі змінного блока 1.

5. Записати основні нерiвності теорiї реактивних фiльтрiв і за їх допомогою визначити типи фiльтрiв, які досліджуються у роботi.

6. Якiсно побудувати амплiтудно-частотнi характеристики повторних опорів Z _п(w), передатні АЧХ , передатні АЧХ згасання А (w), ФЧХ та залежність від частоти коефіцієнта фази В (w) кожного iз реактивних фiльтрiв.

7. Зобразити принципові схеми та визначити основні параметри фільтрів типу К, для реалізації яких надано дві котушки індуктивності з параметрами
мГн та конденсатор ємністю С = 0,15 мкФ.

 

Опис лабораторної установки

 

Універсальна лабораторна установка складається з базового блока, в який вмонтовані електронний осцилограф, генератор сигналiв, цифровий вольтметр та змінний блок, де розміщені електрорадіокола, що досліджуються у даній лабораторній роботі.

При виконанні лабораторної роботи № 9 використовується змінний блок 1, зображення передньої панелі якого наведено на рис. 9.1 опису цієї лабораторної роботи.

Схеми реактивних фільтрів типу К, які змонтовані на друкованій платі змінного блока 1 і досліджуються в лабораторній роботі № 9, зображені на правій частині цієї панелі. Обидва фільтри навантажені на узгоджений ак-тивний опір R _н = 6,8 кОм.

 

 

Рис. 9.1. Зображення передньої панелі змінного блока 1

 

Разом з тим, за допомогою тумблера “Мережа”, розташованого на тій самій передній панелі, здійснюється підключення живлення до всіх вимірювальних приладів універсальної лабораторної установки.

Порядок виконання роботи

 

1. Користуючись стислим описом вимiрювальних приладiв, наведеним у дод. 1.2, пiдготувати генератор сигналiв, цифровий вольтметр i осцилограф до роботи, пiдключити їх до мережi живлення за допомогою тумблера “Мережа”, який знаходиться на передній панелі змінного блока 1, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин.

2. При натиснутій кнопці “ U _вх” встановити на виходi генератора сигналiв гармонiчну напругу u _вх(t) = u ₁(t) з частотою 5…30 кГц та дiючим значенням U ₁ = 3 В, що вiдповiдає амплiтудi близько U_{m 1} = 4,2 В.

Для контролю амплiтуди U_{m 1} або дiючого значення U ₁ напруги u ₁(t) можна скористатись осцилографом або цифровим вольтметром відповідно.

3. Зняти передатну амплiтудно-частотну та відповідну фазочас-тотну характеристики одного з фiльтрів. Для цього необхiдно:

– шпяхом натиснення кнопки “ U _вих” пiдключити на вхід другого каналу осцилографа вихід одного з фільтрів та, плавно змiнюючи частоту сигналу генератора в границях заданої викладачем смуги, визначити його тип і оцiнити форму передатної АЧХ. При цьму амплітуду сигналу генератора треба підтримувати незмінною;

– у процесi дослiдження форми передатної АЧХ зафiксувати частоти вхiдного сигналу, при яких ця характеристика набуває максимальних та мiнiмальних значень;

– якщо характеристика не має вказаних особливих точок, то необхiдно зафiксувати частоти, на яких вона має найбiльше та найменше з усіх вимiряних значень;

– зафiксувати граничну частоту смуги пропускання фiльтра, що вiдповiдає точцi частотного дiапазону, в якiй значення амплітуди вихідного сигналу фільтра зменшується в разів вiдносно її максимального значення у смузi пропускання;

– вибрати декiлька промiжних частотних точок у смугах придушення та пропускання фiльтра з метою уточнення форми передатної АЧХ, точнішого визначення крутостi цiєї характеристики на границi смуги пропускання, а також оцiнки якостi узгодження фiльтра з навантаженням. Загальна кiлькiсть вибраних точок на частотнiй осi повинна бути не меншою десяти;

– змiнюючи частоту вихiдного сигналу генератора при незмінній його амплітуді, у намічених ранiше точках частотного дiапазону повторно вимiряти значення амплітуди вихідного сигналу фiльтра та різницю фаз між вихідною та вхідною напругами .

Результати вимiрювань занести до табл. 9.1.

 

Таблиця 9.1

Характерис-тики фiльтра	Частота f ген, кГц
f 1	f 2	f 3	f 4	f 5 = f г	f 6	f 7	f 8	f 9
U вх, В
U вих, В
, град
, Нп
, дБ
, дБ
, град

 

4. За результатами дослiджень, отриманими згiдно з п. 3, необхiдно розрахувати і побудувати графіки передатної АЧХ відносно напруги , відповідних логарифмічних частотних характеристик, а також залежності від частоти коефіцієнтів згасання та фази . Для цього треба ско-ристатись виразами

 

 

5. Користуючись методикою, що викладена у п. 3, та 4, дослідити час-тотні характеристики іншого реактивного фільтра. Результати вимiрювань та розрахунків занести до таблицi, що аналогiчна до табл. 9.1.

6. На основі отриманих результатів досліджень визначити такі основнi параметри частотних фiльтрiв:

– граничну частоту f _г кожного з дослiджених фiльтрiв;

– смугу пропускання частотного фiльтра D f _ф та мiнiмальне значення згасання в нiй А _{min ф};

– значення коефіцієнта фази на граничній частоті смуги пропускання ;

– максимальне згасання А _max у смузі придушення фільтра;

– крутiсть характеристики згасання у смузi придушення поблизу граничної частоти фiльтра:

S = dA / df;

 

– параметр, що характеризує якiсть узгодження фiльтра з навантаженням у смузi пропускання. Цей параметр визначається як дiапазон частот D f _у у смузi пропускання, де вiдхилення згасання вiд його мiнiмального значення не перевищує 1 дБ;

Оцінки отриманих параметрiв фiльтрiв занести до табл. 9.2.

 

Таблиця 9.2

Тип фiльтра	Параметри фiльтра
f г, кГц	Δ f ф, кГц	А min ф, дБ	, град	А mах, дБ	S, дБ/кГц	∆ f у, кГц
ФНЧ
ФВЧ

 

7. На основі результатів, занесених до табл. 9.2, провести порівняльний аналіз реактивних фільтрів, які досліджувалися у лабораторній роботі та зробити відповідні висновки.

 

Змiст звiту

 

1. Мета i програма роботи.

2. Результати, одержанi в процесi пiдготовки до виконання роботи.

3. Схеми для проведення дослiджень, виконанi у вiдповiдностi до дiючих стандартів.

4. Результати дослiджень у виглядi таблиць, розрахункiв та графiкiв одержаних залежностей.

5. Стислi висновки за результатами виконаної роботи.

 

Контрольнi запитання та завдання

 

1. Що таке частотний електричний фiльтр i для чого він призначений?

2. Якi особливостi мають амплiтудно-частотнi характеристики фiльтрiв рiзних типiв?

3. Якi особливостi мають фазочастотнi характеристики фiльтрiв рiзних типiв?

4. Якi переваги та недолiки мають фiльтри типу К?

5. Чому фiльтри типу К мають високу нерiвномiрнiсть АЧХ у межах смуги пропускання?

6. У чому полягає сутнiсть iдеї перетворення фiльтрiв типу К у фiльтри типу М?

7. Якi переваги та недолiки мають фiльтри типу М?

8. Що таке основні рівняння реактивних фільтрів та для чого їх вико-ристовують?

9. Яким чином, користуючись основними нерiвностями реактивних фiльтрiв, можна визначити тип фiльтра та його смугу пропускання?

10. Яка методика експериментального дослiдження амплiтудно-частотної характеристики згасання фiльтра?

11. Назвати основнi параметри частотних фiльтрiв, що визначаються за допомогою амплiтудно-частотних характеристик згасання.

12. Який фiзичний смисл має поняття “частота нескiнченного згасання”?

13. У якому випадку забезпечується найкраща рiвномiрнiсть АЧХ частотного фiльтра у смузі пропускання?

14. Що таке повторний опiр симметричного частотного фiльтра?

15. Зобразити залежності вiд частоти повторних опорів частотних фiльтрiв рiзного типу.

16. Чому фiльтри типу М мають кращу рiвномiрнiсть АЧХ у смузi пропускання, нiж фiльтри типу К?

Лабораторна робота № 10