Лабораторная работа № 9. Исследование пассивных симметричных фильтров

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=U_2msinwt подаётся к отклоняющим по горизонтали пластинам, а входное u₁=U_1msin(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