Экспериментальная часть. Снять и построить АЧХ А(w) ФВЧ, ФНЧ и полосового фильтра

Задание

Снять и построить АЧХ А(w) ФВЧ, ФНЧ и полосового фильтра, схемы которых приведены на рис. 3.8.2, а параметры элементов в табл.3.8.1. Определить частоты среза (w_c), отклонение частотной характеристики в полосе пропускания и наклон при w = w_c.

Таблица 3.8.1

Тип и схема фильтра	ФНЧ по схеме Салена-Ки	ФВЧ по схеме Салена-Ки	Полосовой, с многопет-левой О.С.
Тип АЧХ	Баттерворта	Чебышева	Баттерворта	Чебышева
Параметры элементов	R1, кОм	(4,7+3.3)	3,2 (2.2+1)	6,9 (4,7+2,2)	3,2 (2,2+1)
R2, кОм	14,7 (10+4,7)	(10+1)	16,9 (10+4,7+2,2)	25,3 (22+3,3)	25,3 (22+3,3)
R3, кОм	-	-	-	-
С1, мкФ	0,022	0, 1	0,01	0,022	0,01
С2, мкФ	0,01	0,01	0,022	0,01	0,022

Порядок выполнения эксперимента

· Соберите цепь ФНЧ (рис.3.8.2а и 3.8.3) с параметрами элементов, соответствующих фильтру Баттерворта (табл.3.8.1).

· Включите блок генераторов напряжений и установите на входе фильтра синусоидальное напряжение U₁ = 5 В (действующее значение).

Примечания:1)Не используйте множитель «×100», так как на этом диапазоне выходное напряжение генератора снижается. 2) На линейных участках АЧХ не обязательно снимать все точки, указанные в табл.3.8.1.

· Изменяя частоту напряжения генератора согласно табл.3.8.1, снимите зависимость напряжения на выходе фильтра от частоты U₂(f).

· Рассчитайте значения амплитудно-частотной характеристики в децибелах и на рис. 3.8.4 постройте график A(f).

· По графику определите и укажите на рисунке частоту среза f_с, отклонение а частотной характеристики в полосе пропускания и наклон АЧХ в точке f = f_c.

· Повторите все опыты для других схем и параметров, указанных в табл.3.8.1.

· Сделайте сравнение характеристик фильтров Баттерворта и фильтров Чебышева

Таблица 3.8.1

f, кГц	ФНЧ Баттерворта	ФНЧ Чебышева	ФВЧ Баттерворта	ФВЧ Чебышева	Полосовой фильтр
U2, B	А, дБ	U2, B	А, дБ	U2, B	А, дБ	U2, B	А, дБ	U2, B	А, дБ
0,1
0,15
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,5
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0

Рис. 3.8.3 (ФНЧ)

Рис.3.8.4 (ФНЧ)

Рис. 3.8.5 (ФВЧ)

Рис. 3.8.6 (ФВЧ)

Рис. 3.8.7 (Полосовой фильтр)

Рис. 3.8.8 (Полосовой фильтр)

3.9. Исследование простейшего логарифмирующего преобразователя
на операционном усилителе

Общие сведения

На рис. 3.9.1а и б приведены схемы простейших логарифмических преобразователей.

Рис. 3.9.1

Ток p-n приблизительно описывается выражением:

где U – напряжение, приложенное к переходу в прямом направлении; I₀ – обратный (тепловой) ток; j_q - температурный потенциал. Для кремниевого диода при комнатной температуре 20⁰С I₀@1нА, а j_q @25 мВ.

В схеме рис.3.9.1а. ток диода равен входному току U₁/R₁, а прямое напряжение на диоде U = - U₂, поэтому:

или

откуда;

При (*):

.

Первое слагаемое в этом выражении выходного напряжения пропорционально логарифму входного напряжения, а второе – постоянная величина, которая может быть учтена в последующих звеньях преобразования сигнала.

Эта схема очень проста, но имеет большие отклонения от идеальной логарифмической характеристики и сильную чувствительность к изменениям температуры. Удовлетворительная точность логарифмирования в ней может быть получена при изменении входного напряжения в пределах двух – трёх декад.

Несколько более широкий диапазон (до четырёх декад) может обеспечить схема, приведённая на рис. 3.9.1б. Она аналогична предыдущей схеме, но вместо диода в ней используется транзистор в диодном включении. Диод в этой схеме служит для защиты эмиттерного перехода транзистора от обратного напряжения. Тепловой ток маломощных транзисторов меньше теплового тока диода (около 0,1 нА), поэтому условие (*) выполняется в более широком диапазоне изменения U₁.