7.6. Содержание отчёта

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- наименование, цель и программу работы;

- принципиальную схему лабораторной установки;

- краткое описание методики экспериментов;

- таблицы с экспериментальными данными и графики, построенные по ним;

- осциллограммы контрольных точек;

- результаты обработки экспериментальных данных, оформленных в виде отдельных вычислений;

- анализ полученных результатов, оформленный в виде выводов по работе.

7.7. Контрольные вопросы

1. Назначение элементов схемы макета.

2. Принцип, работы мультивибратора.

З. Способ регулировки частоты выходного сигнала мультивибратора.

4. Способ регулировки скважности выходного сигнала мультивибратора.

5. Принцип работы интегратора.

6. Способы регулировки коэффициента усиления инвертирующего усилителя.

7. Свойства идеального ОУ.

8. Объяснить вид осциллограмм входного и выходного напряже­ний интегратора.

7.8. Рекомендуемая литература

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника.-М.: Высш. школа, 1982. - 496с.

2. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е Промышленная электроника.- М.: Энергоатомиздат,1988

3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.-Л.: Энергоатомиздат, 1988.- 304с.

8. Исследование частотных характеристик фильтров на операционных усилителях

8.1. Цель работы

Изучение частотных характеристик фильтров различных типов, построенных на операционных усилителях.

8.2. Программа работы

8.2.1. Ознакомиться с программным приложением WINDOWS Electronics Work-bench.

8.2.2. Исследовать фильтры Баттерворта, Чебышева и Бесселя второго порядка в приложении Electronics Work-bench.

8.2.3. Исследовать фильтры Баттерворта, Чебышева и Бесселя третьего порядка в приложении Electronics Work-bench.

8.2.4. Вывести передаточные функции фильтров 2-го и 3-го порядков, рассчитать их добротность

8.3. Краткая теория

Простым приемом разделения каскадов по частотному признаку является установка разделительных конденсаторов или интегрирующих RC-цепей. Однако часто возникает необходимость в фильтрах с более крутыми склонами, чем у RC-цепочки. Такая потребность существует всегда, ко­гда надо отделить полезный сигнал от близкой по частоте помехи. В настоящее время в диапазоне частот 0...0,1 МГц подобную задачу решают с помощью активных RС-фильтров, не содержащих индуктивностей.

Создание активных фильтров начинают с выбора по графикам или функциональным таблицам того вида частот­ной характеристики, которая обеспечит желаемое подавле­ние помехи относительно единичного уровня на требуемой частоте, отличающейся в заданное число раз от границы полосы пропускания или от средней частоты для резонансного фильтра. При построении фильтров наибольшее распространение получили функции Баттерворта, Чебышева и Бесселя.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра Баттерворта имеет довольно длинный горизонтальный участок и резко спадает за частотой среза. Переходная характеристика такого фильтра при ступенчатом входном сигнале имеет колебательный характер. С увеличение порядка фильтра колебания усиливаются.

Характеристика фильтра Чебышева спадает более кру­то за частотой среза. В полосе пропускания она, однако, не монотонна, а имеет волнообразный характер с постоянной амплитудой. При заданном порядке фильтра более резкому спаду АЧХ за частотой среза соответствует большая неравномерность в полосе пропускания. Колебания пере­ходного процесса при ступенчатом входном воздействии сильнее, чем у фильтра Баттерворта.

Фильтр Бесселя обладает оптимальной переходной характеристикой. Причиной этого является пропорциональность фазового сдвига выходного сигнала фильтра частоте входного сигнала. В общем случае спад амплитудной ха­рактеристики фильтра Бесселя оказывается более пологим по сравнению с фильтрами Чебышева и Баттерворта.

Степень приближения характеристики того или иного фильтра к идеальной зависит от порядка математической функции (чем выше порядок, тем ближе). Как правило, используют фильтры не более 10-го порядка. Максималь­ная добротность активного фильтра достигает нескольких сотен на частотах до 1кГц.

Одной из наиболее распространенных структур каскадных фильтров является звено с много петлевой обратной связью, построенное на базе инвертирующего ОУ, который в расчетах принят за идеальный. Звено второго порядка показано на рис.8.1.

Для простоты реализации принимаем: для ФНЧ - R1=R2=R3=R, R4=1,5R; для ФВЧ - С1=С2=СЗ=С, R2=R3. Для ФНЧ определим расчетную емкость C₀=l/(2πf_rpR), где f_rp -граничная частота. Для ФВЧ определим R₀=l/(2πf_гpC). Размерности в расчетах - Ом, Ф, Гц. Коэффициент передачи звена равен 1.

Значение С1, С2 для ФНЧ и R1,R2 для ФВЧ тогда опре­деляются умножением или делением С₀ и R₀ на коэффициенты из табл.8.1 по правилу:

С1 = m₁C₀, Rl = R₀/m₁,

С2 = m₂C₀, R2 = R₀/m₂.

Звенья 3-го порядка ФНЧ и ФВЧ показаны на рис.8.2.

Рис.8.2. Активный фильтр третьего порядка

В полосе пропускания коэффициент передачи звена равен 0,5. Определение элементов произведем по тому же прави­лу:

С1 = m₁C₀, Rl = R₀/m₁,

С2 = m₂C₀, R2 = R₀/m₂,

С3 = m₃C₀, R3 = R₀/m₃.

Таблица коэффициентов выглядит следующим образом.

Таблица 8.1 – Коэффициенты фильтров.

Порядок фильтра	m1	m2	M3	m4	m5	m6
Фильтр Бесселя
1	1,00	-	-	-	-	-
2	1,00	0,33	-	-	-	-
3	1,19	0,69	0,16	-	-	-
4	0,51	0,21	0,71	0,12	-	-
5	0,76	0,39	0,12	0,64	0,085	-
6	0,35	0,15	0,4	0,12	0,59	0,063
Фильтр Баттерворта
1	1,00		-	-	-	-
2	2,12	0,47	-	-	-	-
3	2,37	2,59	0,32	-	-	-
4	3,19	0,25	1,62	0,61	-	-
5	2,16	4,31	0,21	1,85	0,54	-
6	5,79	0,17	2,12	0,47	1,55	0,64
Фильтр Чебышева
1	1,96	-	-	-	-	-
2	2,73	0,33	-	-	-	-
3	4,21	5,84	0,16	-	-	-
4	10,75	0,094	4,45	0,80	-	-
5	6,96	16,56	0,06	6,40	0,36	-
6	24,12	0,041	8,82	0,20	6,46	1,24