2.2. Анализ фнч во временной области,определение постоянной времени фильтра

Постоянная времени фильтра определяется по формуле τ=R₁C_1.Для экспериментальнсго определения значения τ на вход фильтра нужно подать единичное ступенчатое напряжение. Единичное ступенчатое напряжение – это единичный скачок напряжения за большой промежуток времени. Если взять сигнал прямоугольной формы, частота которого значительно меньше частоты, на которой должно работать рассматриваемое устройство, то такой сигнал можно считать единичным ступенчатым напряжением.

Например, при f_ср = 1 кГц таким сигналом является прямоугольный импульс с f = 100 Гц.

Если на вход RC цепи подключить генератор, а на выход осциллограф, то на экране осциллографа будем наблюдать, как заряжается конденсатор. Зависимость между временем заряда конденсатора и напряжением U_вых приведена в табл.20.1.

Таблица 20.1.

Время заряда	τ	3τ	5τ
Uвых r	0,63 Ur	0,95 Ur	0,993 Ur
Точность установления Uвых.r	37%	5%	0,007%

По осциллографу измеряем время, за которое выходное напряжение достигает определенного значения, приравнивают его ко времени заряда и вычисляем значение τ.

2.3 Расчет схемы фнч при подаче входных сигналов прямоугольной формы При скважности входного сигнала, равной 2.

При скважности сигнала два на частоте f < 0,1f_ср амплитуда выходного напряжения равна амплитуде входного сигнала (Рис.20.4), постоянная составляющая выходного сигнала равна постоянной составляющей входного сигнала . При f = f_ср U_{вых r} ≈ 0,95 U_{вх r ,}а не 0.7U_вхr (в этом видно существенное отличие от синусоидального сигнала).

Студент должен объяснить это, принимая во внимание длительность импульса, постоянную времени звена и данные таблицы 20.1.

При f>>f_ср фильтр превращается в интегрирующее звено, постоянная составляющая передается линейно, а пульсации при большой постоянной времени малы.

Расчет постоянного выходного сигнала фнч при входных сигналов сложной формы (10)

Постоянная составляющая выходного сигнала при входном сигнале сложной формы (рис.20.10), изображенного ниже,

2В

1 В

Рис. 20.10 Входной сигнал

рассчитывается по формуле:

Рассчитать U_{вых const} при U₀ = 1B; U_{вх r} = 2В;  = 0,2Т.

3. Расчет основных параметров и элементов фвч

Расчет параметров производится аналогично методическим указаниям п.2 с небольшими изменениями, вызванными особенностями рассматриваемого фильтра.

4. Экспериментальный анализ фнч

4.1. Анализ ФНЧ во временной области

а) Анализ ФНЧ без нагрузки

Для определения амплитудных и фазовых характеристик фильтра надо собрать схему ФНЧ (рис.20.1) и установить значения R₁ и C₁ согласно п.2.1.1. С генератора снимаем синусоидальный сигнал, по плоттеру определяем коэффициент преобразования (в дБ или в раз), угол фазового сдвига ,частоту среза f_ср , по осциллографу определяем значение U_{вых m} при U_{вх m} = 1 В.

б) Анализ ФНЧ с нагрузкой

Для оценки влияния R_Н на характеристики фильтра надо подключить R_Н, установить конденсатор С₁ согласно п.2.1.2. По плоттеру снимать ЛАЧХ и ЛФЧХ фильтра.

По осциллографу определяем на частоте среза U_{вых m} при U_{вх m} = 1 В;

ЛАЧХ и ЛФЧХ пунктов (а) и (б) строим на одном рисунке, делаем выводы.

После выполнения указанных операций восстанавливаем схему рис.20.1.

4.2 Анализ ФНЧ в импульсной области

Для определения постоянной времени фильтра необходимо:

а) существенно уменьшить частоту генератора (берем f = 100 Гц);

б) установить импульсный режим работы генератора и вольт-добавкой (offset) сместить ось времени так, чтобы сигналы были положительны с нулевой привязкой к оси времени t (возьмем , рис.20.3).

Редкие импульсы по отношению к частотным параметрам схемы можно рассматривать как единичное ступенчатое напряжение.

По осциллографу определяем время нарастания сигнала до значений U_вых = 0,63U_r; 0,95U_r; 0,993U_r и в соответствии с табл.20.1 (п.2.2) определяем среднее значение τ.