Исследование характеристик электрических фильтров

Цель работы: исследование характеристик электрических фильтров и изучение способов их измерения.

 

1. Формула для определения рабочего ослабления четырехполюсника имеете вид:

 

, дБ

 

Е – ЭДС генератора; U_н – напряжение на нагрузке; Z_H, Z_Г – сопротивления нагрузки и генератора.

Величина - напряжение на нагрузке, включенной непосредственно к генератору (сопротивление ее равно сопротивлению генератора). Так как Z_H = Z_Г = R, то формула ослабления примет вид:

 

, дБ

 

 

 

Частота f, кГц	Напряжение на нагрузке верхнего канала схемы , В	Напряжение на нагрузке нижнего канала схемы , В	Рабочее ослабление фильтра , дБ
кГц	В	В	дБ
	0.44	0.71	4.156
	0.43	0.72	4.477
	0.39	0.73	5.445
	0.32	0.74	7.282
	0.175	0.745	12.562
	0.075	0.745	19.942
	0.195	0.77	11.928
	0.29	0.765	8.425
	0.340	0.76	6.987
	0.360	0.755	6.433
	0.370	0.75	6.137

Uн- тумблер вверх U*н- тумблер вниз

 

Построим кривую зависимости ослабления от частоты сигнала,

 

 

2. Измерение модуля входного сопротивления фильтра

Измерение модуля входного сопротивления фильтра производится по схеме, приведенной на рисунке 2.

В состав схемы измерений входят: генератор гармонических колебаний высокой частоты Г4-102, вольтметр переменного тока В3-39, магазин сопротивлений Р-33, переключатель K. Измерение модуля входного сопротивления фильтра производится методом сравнения с известным сопротивлением магазина сопротивлений.

Напряжение гармонического сигнала поочередно измеряют на входных зажимах фильтра и на сопротивлении магазина. Изменением значения сопротивления магазина добиваются одинаковых показаний вольтметра в обоих положениях переключателя K. В этом случае модуль входного сопротивления фильтра будет равен сопротивлению магазина . Результаты измерений записывают в таблицу.

 

 

Таблица 2.

Частота f, кГц	Модуль входного сопротивления , Ом

По результатам измерений следует построить график зависимости модуля входного сопротивления от частоты.

3.Измерение рабочей фазовой постоянной фильтра.

Измерение рабочей фазовой постоянной фильтра производится по схеме, представленной на рисунке 3.

Рис.3.Схема измерений рабочей фазовой постоянной фильтра.

В состав схемы измерений входят: генератор гармонических колебаний высокой частоты Г4-102, вольтметр переменного тока В3-39, два переключателя K1, K2.

Метод измерений базируется на векторной диаграмме напряжений фильтра (рис.4).

Величины , - модули вектора напряжений на входе и выходе фильтра, соответственно, величина - модуль вектора разности напряжений.

Рис. 4. Векторная диаграмма напряжений

 

 

Рабочая фазовая постоянная может быть найдена из векторного треугольника как угол между векторами напряжений на входе и выходе фильтра. По теореме косинусов она равна:

или

Таким образом, для нахождения рабочей фазовой постоянной достаточно измерить величины напряжений на входе фильтра , его выходе и разностное напряжение . Расчетная величина фазовой постоянной может принимать значения от нуля до .

Напряжение гармонического сигнала поочередно измеряется на входных зажимах фильтра, на выходных зажимах и между входом и выходом фильтра (разностное напряжение). Результаты измерений записывают в таблицу.

 

 

Частота f, кГц	Напряжение на входе , В	Напряжение на выходе , В	Разностное напряжение , В	Фазовая рабочая постоянная
	2.55	1.83	1.88	27.015
	2.85	1.68	2.51	61.018
	3.19	1.39	3.1	73.658
	3.64	0.99	3.69	85.167
		0.5	3.9	74.968
	4.04	0.31	3.73
	4.05	0.5	3.48	27.923i
	3.89	0.76	3.09	16.557i
	3.7		2.74	14.077
	3.53	1.17	2.5	23.376
	3.4	1.29	2.25	21.576

 

По результатам измерений следует построить график зависимости фазовая рабочая постоянная от частоты.

 

 

Список литературы:

1. Улахович Д.А. Основы теории линейных электрических цепей: Учеб. пособие. – СПб.: БХВ - Петербург, 2009 г. – 816 с.: ил. – (учебная литература для вузов).

2. Попов В.П. Основы теории цепей: Учеб. для вузов. – 3-е изд., испр. – М.: Высш.

шк., 2000 – 575 с.: ил.

3. Сатаров А.А Электротехника и электроника. Линейные электрические цепи постоянного тока: Учебное пособие. М.: РГОТУПС, 2006.

4. В.М. Лисенков, И.С. Лызлов, Е.А. Брылеева Исследование характеристик электрических фильтров МИИТ. Каф. "Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте" М.: МИИТ, 1979 40 с.