9.1 Цель работы
Получение навыков экспериментального исследования простейших низкочастотных (ФНЧ) и высокочастотных (ФВЧ) фильтров.
9.2 Подготовка к работе
Повторить разделы курса ТЭЦ «Четырехполюсники» и «Фильтры».
9.2.1 Какие типы фильтров вы знаете?
9.2.2 Дайте понятия низкочастотного, высокочастотного, полосного и заграждающего фильтров.
9.2.3 Дайте определение вторичных параметров фильтров. В каких единицах они измеряются?
9.2.4 Что такое область пропускания и область затухания идеального фильтра?
9.2.5 Что такое согласованный режим работы фильтра?
9.2.6 Привести П-образную и Т-образную схемы ФНЧ?
9.2.7 Привести П-образную и Т-образную схемы ФВЧ?
9.2.8 Привести графики зави.симостей для a(w) и b(w) ФНЧ.
9.2.9 Привести графики зависимостей для а(w) и b(w) ФВЧ.
9.2.10 Привести расчётные формулы fср и r для ФНЧ.
9.2.11 Привести расчётные формулы fср и r для ФВЧ.
9.2.12 Рассчитать fср. и r согласно варианту (таблица 9.1).Результаты занести в таблицу 9.2.
9.3 Порядок выполнения работы
9.3.1 Собрать цепь (рисунок 9.1), включив в неё исследуемый фильтр согласно заданному варианту (рисунок 9.2). Величину сопротивления нагрузки Rн установить равной r.
Рисунок 9.1
Риунок 9.2
9.3.2 Установить значения U1, L и C согласно варианту (таблица 9.1).
Таблица 9.1
| № варианта | Тип Фильтра | Схема фильтра | U1(В) | L(мГн) | С(мкФ) |
| ФНЧ | Т-схема | 0,5 | |||
| ФВЧ | Т-схема | 0,5 | |||
| ФНЧ | П-схема | 0,5 | |||
| ФВЧ | П-схема | 0,5 | |||
| ФНЧ | Т-схема | 0,25 |
Таблица 9.2
| U1 = fср. = Rн=r= L= C= | |||||
| f, Гц | U2,B | A(B) | X0(Y0) | а, Нп | b, град |
| f1 | |||||
| f2 | |||||
| f3 |
Продолжение таблицы 9.2
| f4 | |||||
| f5 | |||||
| f6 | |||||
| f7 | |||||
| f8 | |||||
| f9 | |||||
| f10 |
9.3.3 Изменяя частоту звукового генератора, измерить напряжение U2 на выходе фильтра. Для ФНЧ изменить частоту в пределах от f=0,1fср. до f=2fср.
Для ФВЧ изменить частоту в пределах от f=2fср. до f=0,1fср. В зоне пропускания снять 5-6 точек, в зоне затухания – 5-6 точек. Напряжение на входе фильтра U1 поддерживать постоянным. Результаты измерений занести в таблицу 9.2.
9.3.4 Собрать схему для измерения коэффициента фазы b(f). Для этого сигнал с входа подать на вертикальные пластины осциллографа, а выходной сигнал – на горизонтальные пластины, синхронизация “внешняя”. При этом на экране осциллографа появится эллипс, форма которого зависит от частоты f звукового генератора.
9.3.5 Измерить параметры эллипса (А и Х0) или (В и Y0) при тех же частотах, что и в пункте 9.3.3.
9.4 Обработка результатов экспериментов
9.4.1 Рассчитать коэффициент затухания а(f) и коэффициент фазы b(f). Построить экспериментальные графики а(f) и b(f) по данным таблицы 9.2.
9.4.2 Построить теоретические графики а(f) и b(f) (таблицы 9.3 или 9.4).
9.4.3 Сделать выводы о проделанной работе: сравнить теоретические графики а(f) и b(f) с экспериментальными и объяснить их различие, проанализировать зависимость а(f) и b(f) в полосе пропускания и в полосе задерживания.
Таблица 9.3
| ФНЧ | f/f0 | 0,2 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 |
| а,Нп | 0,90 | 1,26 | |||||||||
| +в, град | |||||||||||
| ФНЧ | f/f0 | 1,3 | 1,5 | 1,6 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | ||||
| а,Нп | 1,52 | 1,94 | 2,30 | 2,74 | 3,60 | 4,16 | |||||
| +в, град |
Таблица 9.4
| ФВЧ | f/f0 | 0,25 | 0,5 | 0,67 | 0,83 | 0,9 | 1,25 | 1,43 | 1,67 | 2,5 | |||
| а,Нп | 4,1 | 2,74 | 1,94 | 1,26 | 0,9 | ||||||||
| -в, град |
9.5 Методические указания
9.5.1 При согласовании фильтра с нагрузкой напряжения входа U1 и выхода U2 связаны соотношением 
,
откуда коэффициент затухания 
, а коэффициент фазы b=y1-y2, где y1 и y2 – начальные фазы соответственно входного и выходного напряжений.
При снятии характеристики a(f) напряжение на входе фильтра можно поддерживать одинаковым с помощью ручки «регулирование выходного напряжения» звукового генератора.
9.5.2 Для снятия характеристики b(f) используется осциллограф. После включения питания осциллографа и регулировки яркости и фокуса, светящаяся точка устанавливается точно в центре экрана ручками горизонтального и вертикального перемещения луча. Для получения одинакового усиления по вертикали и по горизонтали одно и то же напряжение от звукового генератора, например, 1В подаётся по очереди на отклоняющие по вертикали и отклоняющие по горизонтали пластины осциллографа и соответствующими ручками “усиление” по вертикали, а затем по горизонтали устанавливается одинаковая длина светящейся линии на экране.После такой регулировки, для определения коэффициента фазы выходное напряжение u2=U2msinwt подаётся к отклоняющим по горизонтали пластинам, а входное u1=U1msin(wt+y1) – к отклоняющим по вертикали. На экране осциллографа будет виден эллипс (рисунок 9.3) или в частном случае – прямая.
9.5.3 Угол y1 определяется из выражения
Если большая ось эллипса расположена в 1-ой и 3-ей четвертях, то
.
Если большая ось эллипса расположена в 2-ой и 4-ой четвертях, то
.
Знак коэффициента фазы b определяется по векторной диаграмме, построенной для фильтра при согласованной нагрузке.
Рисунок 9.3
