- •Виртуальная лабораторная работа № 22 Активные фильтры нижних частот для извещателей с макетированием в пакете Electronics Workbench
- •. Определить скорость спада lax; фазовый сдвиг на частоте среза.
- •Методические указания
- •1. Принцип работы фнч
- •2. Расчет фильтров
- •3.Экспериментальные исследования
- •4.Выводы
- •Библиографический список
2. Расчет фильтров
Первоначально необходимо все фильтры выполнить на операционных усилителях ОУ с тремя выводами (в этом случае в пакете Workbench на операционный усилитель автоматически подается два типовых источника питания); провести расчет элементов и плоттером снять характеристики. После того как Вы убедились, что получились нужные коэффициент усиления и частота среза следует перейти к выполнению этой же схемы, с одним источником питания + 12 В. С этой целью Вы заменяете ОУ с тремя выводам на ОУ с пятью выводами. Не забудьте подключить на неинвертирующий вход дополнительное положительное напряжение (Uдоп), чтобы приоткрыть входные каскады ОУ, которые раньше были приоткрыты за счет использования второго источника питания (-Е2). Для всех схем , где Кнеинв – коэффициент усиления на постоянном токе по неинвертирующему входу.
2.1. Расчет ФНЧ – первого порядка
Схема каскада представлена на рис.22.3
Рис.22.3
, ,
где |K| - модуль коэффициента усиления по инвертирующему входу.
2.2. Расчет ФНЧ – второго порядка по схеме Рауха
Схема каскада представлена на рис.22.4
Рис.22.4
В соответствии с номером бригады (таблица 22.3) студенту задается тип фильтра. По таблице 22.1 определяются коэффициенты «в» и «с». Значения элементов определяются по нижеприведенным формулам:
(мкФ);
; ; ;
Расчет ФНЧ – второго порядка по схеме Саллен-КИ
Схема каскада представлена на рис.22.5
Рис.22.5
Для расчета используются выбранные значения коэффициентов «в» и «с». Значения элементов определяются по нижеприведенным формулам:
(мкФ); ; ; ; ; ;
2.4 Расчет ФНЧ второго порядка по схеме биквадратного активного звена
Схема каскада представлена на рис.22.6.
Рис.22.6
Для расчета используются выбранные значения коэффициентов «в» и «с». Значения элементов определяются по нижеприведенным формулам:
(мкФ); ; ; ; ; ;
При выбранных соотношениях , что подтверждает правильность применяемых формул.
Особенностью расчетов Uдоп1 , Uдоп2 , Uдоп3 по сравнению с предыдущими схемами является то, что на каждый каскад подается Uдоп и кроме этого на инвертирующий вход подается напряжение с предыдущего каскада. Как и раньше на выходе каждого каскада по постоянному току нужно получить Е/2 = 6В.
Не следует затрудняться и с расчетом Uдоп3 , надо просто считать, что в цепи обратной связи стоит эквивалентное сопротивление Хс.
Более сложно рассчитать Uдоп1 . Эквивалентная схема для расчета Uдоп1 приведена на рис.22.7.
Рис.22.7
Используя полученные значения R1, R2, R6 и приведенную эквивалентную схему рассчитаем Uдоп1 .
3.Экспериментальные исследования
3.1. Собрать схемы согласно рис.22.3, 22.4, 22.5, 22.6, установив расчетные значения элементов и ОУ с тремя выводами.
3.2. Снять плоттером АЧХ каждой схемы. Результаты исследований и расчетов погрешностей и скорости спада представить в виде таблицы 22.3.
Таблица 22.3
Вид схемы |
/Кзад/ |
/Кэкс/ |
к |
fср зад |
fсрэкс |
fср |
/К+экс/ |
/К-экс/ |
Vспд |
(fср) |
|
раз |
раз |
% |
Гц |
Гц |
% |
раз |
раз |
дБ/дек |
|
ФНЧ 1-го порядка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема Рауха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема Саллен-Ки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема биквадратного звена |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.3. Проверить устойчивость работы схем (не склонны ли они к самовозбуждению). Для этого следует изменить значение сопротивления R1 на ± 10%. Полученные значения /Кэкс/ в виде /К+экс/ и /К-экс/ записать в таблицу 11.3. Если значения /К/ сильно изменятся (например, больше чем на 20%), то схема близка к самовозбуждению. Особенно это касается схемы Сален-КИ. Для этой схемы вначале поставьте Uвх m = 30 мВ, определите осциллографом амплитуду выходного сигнала при /Кзад/, /К+экс/ и /К-экс/; затем то же самое сделайте при Uвх m = 30 мкВ. Если сигнал на выводе все равно получается большим, то схема самовозбудилась.
3.4. Соберите каждую схему с питанием ОУ (ОУ с пятью выводами) от одного источника питания (не забудьте установить расчетные значения Uдоп ). Осциллографом измерьте постоянное выходное напряжение и определите коэффициент усиления каждой схемы по переменному току при R1 = 10 кОм. Сравнить полученные данные с заданными.
3.5. Сделать один файл для всех схем с построением АЧХ всех фильтров на одном рисунке.