1. Получить исходные данные для расчёта фильтра нижних и (или) верхних частот. По заданным исходным параметрам рассчитать элементы фильтра. В процессе расчётов уточнить число звеньев, необходимое для получения требуемого коэффициента затухания на заданной частоте. Исходные данные, результаты расчётов, выбранные номиналы, а также результаты измерений свести в единую таблицу 1 (смотри пункт 6 настоящего описания).
2. Запустите выполнение программы схемотехнического моделирования MultiSIM9, а затем постройте на рабочем поле экрана П-образное или Г-образное звено указанного в задании фильтра. Элементы этого фильтра должны в приближении соответствовать расчётным значениям. Кроме этого последовательно катушкам индуктивности следует включить активные сопротивления, имитирующие сопротивление провода катушек. Значения этих сопротивлений указаны в исходных данных к расчёту фильтра. Если в качестве элемента фильтра берётся катушка с кратной индуктивностью, то соответствующим образом необходимо изменить и активное сопротивление катушки. Общий провод схемы необходимо соединить с корпусом. Добавьте к первому звену второе звено, если это предусмотрено результатами расчётов. Параллельно выходу фильтра подключить резистор нагрузки, сопротивление которого равно волновому сопротивлению фильтра. Сигнал на схему фильтра подавать от функционального генератора, причём установленные по умолчанию параметры генератора можно не менять. К выходу фильтра параллельно резистору нагрузки подключите измеритель частотных характеристик.
3. Запустите выполнение анализа схемы путём нажатия на пиктограмму 
или 
.Через некоторое время остановите выполнение анализа схемы путём повторного нажатия на пиктограмму или 
. Разверните переднюю панель измерителя частотных характеристик, и выполните анализ полученной характеристики. При настройке измерителя надо так выбрать начальные и конечные значения по осям координат, чтобы активный участок характеристики удобно было анализировать (Рис. 3).
Рис. 3. пример настройки измерителя частотных характеристик.
Масштаб по осям укажите линейный.
4. Определите напряжение на выходе фильтра на какой-либо частоте лежащей в полосе прозрачности, это напряжение принять за Uмакс. Рис. 4.
Рис. 4. Пример анализа фильтра нижних частот.
Затем определите частоту среза исследуемого фильтра на уровне 0.7Uмакс. Полученные данные занесите в таблицу 1. Сравните результаты эксперимента с исходными данными и сделайте выводы.
5. Определите величину напряжения на частоте, на которой необходимо получить требуемое затухание. Затем рассчитайте величину затухания: 
.
6. Предъявите преподавателю таблицу для проверки, получите пометку правильности результатов.
Таблица результатов расчёта фильтра нижних (верхних) частот по исходным данным и определения экспериментальные значения частоты среза fср и коэффициента затухания bф.
Таблица 1а.
| Тип фильтра. | Фильтр нижних частот. Схемы Т и (или) П-образные. | |||||||||||
| Дано. | bф = | fср2 = | Zc = | f 1= | r = | |||||||
| Рассчитано. | n = | L1 = | C2 = | |||||||||
| Выбрано. | n = | L1 = | C2 = | r = | ||||||||
| Определено экспериментально | Т-фильтр | fср2 = | bф = | |||||||||
| П-фильтр | fср2 = | bф = | ||||||||||
Таблица 1б.
| Тип фильтра. | Фильтр верхних частот. Схемы Т и (или) П-образные. | ||||||||||||
| Дано. | bф = | fср1 = | Zc = | f 1= | r = | ||||||||
| Рассчитано. | n = | L2 = | C1 = | ||||||||||
| Выбрано. | n = | L2 = | C1 = | r = | |||||||||
| Определено экспериментально | Т-фильтр | fср1 = | bф = | ||||||||||
| П-фильтр | fср1 = | bф = | |||||||||||
В этих таблицах: b ф – требуемое затухание на частоте f 1; f ср – частота среза; r – активное сопротивление катушки индуктивности; n – количество звеньев; Zc – сопротивление согласованной нагрузки.
7. Только убедившись в правильном выполнении работы, закройте окно программы и корректно выключите питание компьютера. Если работа выполнена в полном объёме, схему не сохраняйте.
Содержание отчета.
- Наименование и цель работы.
- Схема электрическая принципиальная исследуемого фильтра.
- Таблица заданных, вычисленных и измеренных величин.
- Выводы о соответствии результатов измерений исходным данным.
Контрольные вопросы.
1. Что называется полосой прозрачности фильтра?
2. Какие элементы содержит простейшее звено фильтра?
3. В каком случае нагрузка считается согласованной с фильтром?
4. Как следует подобрать сопротивления элементов простейшего звена фильтра для получения фильтра верхних (нижних) частот?
5. Что называется затуханием фильтра?
6. Начертите схему фильтра нижних (верхних) частот.
7. Чему равна нижняя граничная частота фильтра нижних частот? Как это объяснить?
8. Начертите амплитудно-частотную характеристику фильтра нижних (верхних) частот.
9. Объясните принцип действия фильтра нижних (верхних) частот.
10. Чем обусловлен выброс амплитудно-частотной характеристики на частотах среза? Как уменьшить этот выброс?
Лабораторная работа № 9.
