Материал: Laboratorny_praktikum_po_TOE_2017_zerkalny

Функцию передачи (14.5) необходимо реализовать, т. е. найти схему приемлемой структуры и значения ее элементов (см. Основы теоретической электротехники: учеб. пособие / Ю. А. Бычков, В. М. Золотницкий, Э. П. Чернышев, А. Н. Белянин. СПб.: Лань, 2009).

На рис. 14.1, б изображена одна из таких схем в виде реактивного Т- образного трехполюсника, нагруженная на выходе и входе на нормирован-

ные сопротивления R 1. Функция передачи такой цепи, называемой ФНЧпрототипом, имеет вид

пряжения k 0,5 .

Полученные значения параметров относятся к нормированным с часто-

той среза с 1 и нагрузкой R 1. Пересчет параметров на заданные сопротивление Rн и частоту среза с ФНЧ производят, как обычно, по выражениям:

R1 R Rн ; L L Rн 2 fс ; C C Rн с C Rн 2 fс .

86

ППФ получают по заданным частотам среза с1 и с2 , применив частотное преобразование параметров ФНЧ с помощью функции

где 02 с1 с2 ; a с2 с1 с .

АЧХ ППФ показана на рис. 14.2, а, схема ППФ дана на рис. 14.2, б.

где L, C – параметры ФНЧ.

Для АЧХ фильтров обычно применяют логарифмический масштаб и вводят понятие затухания (коэффициента затухания), измеряемого в децибелах (дБ):

20lg 1 H 20lg U1U2 .

Затухание 0 при U2 U1; 3 дБ при U2 U12 ; 6 дБ при U2 U12; 20 дБ при U2 0,1U1 и т. д.

87

Рис. 14.3

На рис. 14.3, а, б показаны характеристики затухания ФНЧ и ППФ для случая k 1.

14.2.Экспериментальные исследования

14.2.1.Определение амплитудно-частотной характеристики

а б

Рис. 14.4

Снимите АЧХ ФНЧ при изменении частоты в диапазоне 0,5 f 10 кГц

88

Постройте графики АЧХ и коэффициента затухания α, определите частоту среза fс и полосу пропускания f ФНЧ.

Вопросы: 1. Как объяснить вид АЧХ, пользуясь эквивалентной схемой ФНЧ при f 0 и f ? 2. Какие элементы ФНЧ обеспечивают трехкратный нуль АЧХ при f ? 3. Соответствует ли полученная АЧХ характеристике фильтра Баттерворта?

14.2.2. Анализ искажения формы периодических сигналов, проходящих через ФНЧ

На вход ФНЧ подайте периодическую последовательность прямоугольных импульсов частотой 200 Гц и амплитудой 4 В. Для этого переведите ГС в режим генерации напряжения прямоугольной формы и установите амплитуду входного напряжения по калибровке вертикальной шкалы осциллографа.

Подключите канал I осциллографа к входу ФНЧ, канал II – к выходу (заземленные выводы всех кабелей присоедините к общему узлу схемы!) Установите ручку синхронизации осциллографа в положение «Авт.» (установите переключатель «TRIGGER MODE» в положение «AUTO»), нажмите кнопку «→→» (установите переключатель «MODE» секции «VERTICAL» в положение «DUAL»), что позволит наблюдать одновременно изображения двух исследуемых сигналов на экране осциллографа. Вначале переключатели входов усилителей обоих каналов установите в положение « » («GND») и совместите линии развертки каналов со средним уровнем масштабной сетки экрана осциллографа; затем переведите переключатели каналов в первоначальное положение «~» («AC»). Ручкой синхронизации развертки «Уровень» («LEVEL») добейтесь устойчивого изображения на экране осциллографа, а переключателями «V/дел.» («VOLTS/DIV») I и II каналов и «время/дел.» («TIME/DIV») установите размеры осциллограмм одного периода повторения сигналов удобными для наблюдения (так, чтобы размеры изображения по вертикали не выходили за границы экрана, а по горизонтали укладывалось 3–4 периода входного сигнала). Снимите осциллограммы напряжений на входе и выходе ФНЧ при трех значениях частоты повторения сигналов: 0,2; 2; 9 кГц.

89

Вопрос: 4. Чем вызваны искажения выходных сигналов ФНЧ и при какой частоте повторения сигналов они наибольшие? Попытайтесь объяснить причины изменения формы выходных сигналов.

14.2.3. Определение амплитудно-частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра

Соберите схему ППФ, показанную на рис. 14.4, б ( R1 Rн 980 Ом,

L1 L2 24 мГн, C1 C2 0,015 мкФ, L3 7, 2 мГн, C3 0,05 мкФ).

Подключив к входу фильтра ГС в синусоидальном режиме работы, снимите АЧХ функции передачи по напряжению H j Uвых Uвх , поддер-

живая напряжение Uвх 1 В. Опытные данные занесите в таблицу, приведенную ранее.

Постройте графики АЧХ и коэффициента затухания фильтра, определи-

ППФ? 6. Соответствуют ли экспериментально найденные частоты среза с1,с2 значениям, полученным из формул (14.7)–(14.9) частотного преобразования параметров ФНЧ и ППФ?

14.2.4. Исследование искажения формы периодических сигналов, проходящих через полосно-пропускающий фильтр

На вход ППФ (см. рис. 14.4, б) подайте периодическую последовательность прямоугольных импульсов и, осуществив подготовительные операции, описанные в 14.2.2, снимите осциллограммы напряжений на входе и выходе фильтра для трех значений частоты повторения сигналов: 0,9; 9; 15 кГц.

Вопрос: 7. Как объяснить причины изменения формы прямоугольных импульсов, проходящих через ППФ?

14.3.Требования к отчету

Вотчете следует сформулировать цель работы, привести все разделы исследований и сделать заключение. По каждому разделу необходимо дать название схемы исследуемых фильтров, таблицы наблюдений и вычислений, требуемые графики, совмещенные по оси времени осциллограммы входного

ивыходного напряжений фильтров. Определение частот среза и полос про-

90