1       ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ

Цель работы: снять амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) фильтров, определить их основные параметры.

Оборудование рабочего места:

1) лабораторный стенд с принципиальной схемой и набором навесных элементов;

2) звуковой генератор;

3) вольтметр переменного напряжения.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Электрический фильтр (рис. 1) представляет собой частотно-избирательное устройство, которое пропускает сигналы опреде­ленных частот и задерживает или ослабляет сигналы других час­тот. Существуют активные и пассивные фильтры.

Пассивные пред­ставляют собой устройства, которые создаются на основе резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности и не содержат усили­тельных элементов. Эти фильтры пригодны для работы в определенных диапазонах частот, но на частотах ниже 0,5 МГц их габариты и масса сильно возрастают. Поэтому для работы фильтров в диапазоне низких час­тот применяют активные фильтры, созданные на основе сопротивле­ний, емкостей и одного или нескольких активных элементов – это могут быть транзисторы, операционные усилители и т.д.

Более точно характеристику фильтра можно описать, рассмотрев его передаточную функцию:

H(S) = U₂(S) / U₁(S),

где U₁ и U₂ соответственно входное и выходное напряжения (см. рис. 1).

Для установившейся частоты S = jω передаточную функцию фильтра можно переписать в виде:

Н (jω) = | Н (jω) | е^jφ(ω),

где | Н (jω) | – АЧХ фильтра; φ(ω) – фазово-частотная характеристика (ФЧХ) фильтра; ω = 2πf  – частота.

В зависимости от области пропускания частот фильтры делятся на полосно-пропускающие и полосно-загражда­ю­щие, высоких и низких частот.

Полосно-пропускающие фильтры пропускают полосу частот и задерживают те частоты, которые расположены выше и ниже этой полосы. Амплитудно-частотная характеристика такого фильтра представлена на рис. 2.

Полосно-заграждающие фильтры подавляют сигналы в единст­венной полосе частот и пропускают сигналы со всеми другими частотами. Амплитудно-частотная характеристика такого фильтра представлена на рис. 3, а.

Фильтры низких частот пропускают низкие частоты и задерживают высокие. Амплитудно-частотная характеристика фильтра низких частот изображена на рис. 3, б, на котором f₀ частота среза на уровне – 3 дБ.

Фильтры высоких частот пропускают высокие частоты и задерживают низкие. Амплитудно-частотная характеристика фильтра высоких частот изображена на рис. 3, в.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с лабораторным стендом (рис. 4), выяснить, какие измерительные приборы будут необходимы для снятия АЧХ фильтров.

2. При снятии АЧХ фильтра высоких частот собрать стенд, условно приняв, что проводимости Y₁; Y₂; Y₄ являются емкос­тями, a Y₃; Y₅ – сопротивлениями.

Тогда Y₁ = 6800 пФ; Y₂ = 3300 пФ; Y₃ = 9,1 кОм; Y₄ = 6800 пФ; Y₅ = 100 кОм.

1. К входу фильтра подключить генератор звуковых частот, а к выходу – милливольтметр. Меняя значение частоты, грубо оп­ределить АЧХ фильтра. Затем с помощью генератора частоты на мил­ливольтметре установить значение 0 дБ в полосе пропускания фильтра и более точнее получить АЧХ.

2. При снятии АЧХ полосно-пропускающего фильтра собрать стенд, условно приняв, что проводимости Y₂; Y₄ являются емкос­тями, a Y₁; Y₃; Y_{5 –} сопротивлениями.

Тогда Y₁ = 75 кОм; Y₂ = 6800 пФ; Y₃ = 750 Ом; Y₄ = 6800 пФ; Y₅ = 300 кОм.

Дальше выполнять работу по п. 3.

3. При снятии АЧХ фильтра низких частот собрать стенд, условно приняв, что проводимости Y₃, Y₅ являются емкостями, а Y₁; Y₂; Y₄ – сопротивлениями.   

Тогда Y₁ = 59 кОм; Y₂ = 30 кОм; Y₃ = 6800 пФ; Y₄ = 24 кОм; Y₅ = 750 пФ.

Дальше работа выполняется по п. 3.

4. После выполнения лабораторной работы  построить АЧХ фильтров и определить их основные параметры:

· частоту среза (f_C);

· коэффициент усиления (К);

· добротность (Q) и полосу
пропускания (Δf) для полосно-пропускающего фильтра.

Содержание отчета:

1) цель работы;

2) схемы снятия эксперимента;

3) таблицы значений;

4) графики АЧХ;

5) выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные параметры активных фильтров.

2. Какие виды аппроксимаций частотных характеристик  Вы знаете?

3. Назовите виды схемных реализаций активных фильтров.

4. Укажите области применения активных  и  пассивных фильтров.

5. Какие схемы фильтров позволяют реализовать АЧХ   по Золотареву?