Лабораторная работа 5 исследование фильтров типа k

 

Цель работы: изучение фильтрующих свойств различных схем фильтров типа "к", ознакомление с методикой измерения основных характеристик фильтров.

Студент должен:

знать:

- классификацию электрических фильтров;

- параметры и характеристики линейных электрических фильтров;

- условия пропускания тока и принцип построения электрических фильтров;

- принцип действия;

- принципы цифровой фильтрации;

- методику расчета элементов фильтра;

уметь:

- строить АЧХ фильтров по результатам измерений;

- производить конструктивный расчет элементов фильтра по заданным параметрам;

- анализировать результаты измерений и расчетов;

Приборы и оборудование: ПО EWB, виртуальные генератор функциональный, вольтметр, осциллограф, модель электрического фильтра.

 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электрические фильтры

Электрический фильтр –это устройство, предназначенное для пропускания сигналов только в определенной полосе частот; сигналы, частоты которых не попадают в эту полосу, подавляются.

По диапазону пропускаемых частот фильтры делятся на фильтры нижних частот (ФНЧ), фильтры высоких частот (ФВЧ), полосовые (ПФ) и заграждающие (ЗФ) (или режекторные (РФ)) фильтры. Услов­ные обозначения этих фильтров показаны на рисунке 1. ФНЧ пропускают сигналы с низкими частотами и подавляют сигналы с высокими час­тотами. ФВЧ, наоборот, пропускают сигналы с высокими частотами и подавляют сигналы с низкими частотами. ПФ пропускают сигналы только в определенной полосе частот вблизи некоторой центральной частоты, расположенной, как правило, в области относительно высо­ких частот. ПФ не пропускает сигналы с низкими и высокими часто­тами. Наконец, ЗФ пропускает сигналы с низкими и высокими часто­тами и задерживает сигналы с частотами, расположенными вблизи центральной частоты заграждающего фильтра.

Фильтр является четырехполюсником, поэтому для описания свойств фильтра используются функции четырехполюсника, из кото­рых в первую очередь – комплексный коэффициент передачи по на­пряжению

где и – входное и выходное напряже­ния фильтра соответственно.

Этот коэффициент передачи позволяет получить основную характеристику фильтра – амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). АЧХ определяется как модуль комплексного коэффициента передачи фильтра:

.

АЧХ легко определить экспериментально, измеряя с помощью вольтметра вход­ное и выходное напряжения и рассчитывая отношение этих напряже­ний на разных частотах. По значению модуля комплексного коэффи­циента передачи можно судить о подавлении или пропускании сигнала. Если К_и (ω₁) ≈ 1, то выходное напряжение при­мерно равно входному напряжению и, следовательно, сигнал с часто­той ω₁ пропускается фильтром. Наоборот, при малых значениях АЧХ, когда К_и (ω₂) → 0, получим подавление сигнала с частотой ω₂.

Типовые амплитудно-частотные характеристики реальных ФНЧ, ФВЧ, ПФ и ЗФ приведены на рисунке 1. На этом рисунке для ФНЧ и ФВЧ показана граничная частота f _ГР, на которой значение АЧХ равно раз. Как правило, граничную частоту считают границей полосы пропускания фильтра. Для ПФ и ЗФ показаны: f _Р – цен­тральные частоты полосы пропускания и полосы задерживания; П – полосы пропускания и задерживания соответственно.

Рисунок 2 – АЧХ различных видов фильтров

 

Для построения фильтров применяют Г-, П- и Т-образные зве­нья, показанные на рисунке 2. В этих схемах используются одинаковые сопротивления Z ₁ и Z ₂, Поэтому все три фильтра будут иметь примерно одинаковые полосы пропускания.

 

Рисунок 3 – Способы построения фильтров

 

ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

Обобщенная схема исследования фильтров приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема исследования

 

Все исследуемые фильтры и контрольно-измерительные виртуальные приборы в САПР EWB представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Функциональные узлы схемы исследования

Функциональный элемент схемы	Тип элемента	Функциональный элемент схемы	Тип элемента
	функциональный генератор		Измеритель АЧХ
	Установка параметров генератора		Установка параметров изображения
	Полосовой фильтр (ПФ)		Режекторный фильтр (РФ)
			Фильтр нижних частот (ФНЧ)

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ