6 Частотные rc-фильтры

Частотным фильтром называют радиотехническое устройство, которое обладает способность сравнительно легко пропускать переменные сигналы определенных частот и подавлять переменные сигналы, лежащие вне этих частот.

Фильтром высоких частот (ФВЧ) называют такой фильтр, который пропускает переменные сигналы высоких частот и подавляет сигналы низких частот.

Фильтром низких частот (ФНЧ) называют такой фильтр, который пропускает переменные сигналы низких частот и подавляет сигналы высоких частот.

Полосовым фильтром называют такой фильтр, который пропускает переменные сигналы только определенных частот и подавляет сигналы, имеющие частоты вне данных границ фильтра.

Заграждающим фильтром называют такой фильтр, который подавляет переменные сигналы только определенных частот и пропускает сигналы, имеющие частоты вне данных границ фильтра.

Любой фильтр характеризуется комплексным коэффициентом передачи :

, (2.1)

где - вектор переменного напряжения на входе фильтра;

- вектор переменного напряжения на выходе фильтра;

- угловая частота переменного сигнала.

Комплексный коэффициент передачи представляет собой запись двух характеристик: амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ):

, (2.2)

Первая характеристика выражается модулем комплексного коэффициента передачи , а вторая – его аргументом:

, (2.3)

. (2.4)

Обозначение следует читать как сдвиг фаз величиныотносительно величины.

Если изменения амплитуд входного и выходного сигналов большие, то АЧХ выражают в логарифмическом масштабе. С этой целью вводится логарифмическая единица измерения модуля комплексного коэффициента передачи – децибел, которая определяется равенством:

, (2.5)

где и− амплитудные значения входного и выходного напряжения.

6.1 Rc-фильтр высоких частот

Схема RC-фильтра высоких частот приведена на рис.2.4 а.

Комплексный коэффициент передачи такого фильтра равен:

. (2.6)

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет вид:

. (2.7)

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) имеет вид:

. (2.8)

Из векторной диаграммы (рис.2.4 б) следует, что выходной сигнал опережает входной сигнал на угол. АЧХ и ФЧХ фильтра высоких частот приведены на рис.2.5. При частоте сигнала равнойамплитуда сигнала уменьшается на –3дБ, т.е. враз, а выходной сигнал опережает входной сигнал на 45⁰. Такая частота называется частотой среза фильтра.

6.2 Rc-фильтр низких частот

Схема RC-фильтра низких частот приведена на рис.2.6 а.

Комплексный коэффициент передачи такого фильтра равен:

(2.9)

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет вид:

. (2.10)

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) имеет вид:

. (2.11)

Из векторной диаграммы (рис.2.6 б) следует, что выходной сигнал отстает от входного сигнала на угол . АЧХ и ФЧХ фильтра высоких частот приведены на рис.2.7. При частоте сигнала равнойамплитуда сигнала уменьшается на –3дБ, т.е. враз, а выходной сигнал отстает от входного на 45⁰. Такая частота называется частотой среза фильтра.

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию конденсаторов.

2. Назовите основные параметры конденсаторов.

3. Как обозначаются и маркируются постоянные конденсаторы?

4. Приведите основные конструкции постоянных конденсаторов.

5. Приведите определение частотных фильтров разного типа.

6. Приведите АЧХ и ФЧХ RC-фильтра высоких частот.

7. Приведите АЧХ и ФЧХ RC-фильтра низких частот.

8. Какие типы RC-фильтров вы знаете?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ДРОССЕЛЕЙ И ИМПУЛЬСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ РЭА

Цель работы: ознакомление со свойствами, маркировкой и конструкцией основных типов высокочастотных дросселей и импульсных трансформаторов, а также с методикой их расчета.

Лабораторная схема

Схема лабораторного стенда приведена на рис.3.1. Она включает в себя 5 типов высокочастотных дросселей (L1- L5) и 1 импульсный трансформатор (VT1). Для исследования параметров импульсного трансформатора дополнительно используется испытательный стенд, схема которого приведена на рис.3.2.

Домашнее задание

1. Изучить основные параметры и маркировку дросселей и катушек индуктивности.

2. Изучить методику расчета дросселей и катушек индуктивности.

3. Подготовить протокол лабораторной работы, в котором начертить схему лабораторного стенда (рис.3.1 и 3.2).

Задание к лабораторной работе

1. Изучите маркировку, нанесенную на корпусе дросселей L1, L2 и катушек индуктивности L3, L4. Для этого:

1.1 Срисуйте маркировку, нанесенную на корпусе дросселей L1 – L4.

1.2 Расшифруйте номинальную индуктивность, рабочий ток, допуск, а также дополнительные сведения, обозначенные в маркировке на корпусе дросселей и катушек индуктивности.

1.3 Замерьте измерителем индуктивности значение индуктивности дросселей L1 − L4.

1.4 Определите отклонение замеренной индуктивности от номинального значения и сравните с допуском данного изделия.

1.5 Полученные данные занесите в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Параметры исследуемых дросселей и катушек индуктивности

Обо-зна-че-ние	Маркировка на корпусе изделия	Из маркировки		Из эксперимента		Рабочий ток, мА	Примечание
		LНОМ, мГн	ΔLНОМ, %	LИЗМ, мГн	,%
L1
L2
L3
L4

2. Рассчитайте параметры дросселя L5. Для этого:

1. Используя выражения (3.6) и конструктивные параметры дросселя, приведенные на рис.3.1, рассчитайте значение индуктивности дросселя.

2. Используя выражение (3.11), по диаметру используемого провода рассчитайте максимально допустимое значение рабочего тока, приняв допустимую плотность тока через провод равной 4 А/мм².

3. Замерьте измерителем индуктивности значение индуктивности дросселя L5 и сравните с рассчитанным значением. Определите ошибку расчета в %.

3. Определите предполагаемые параметры импульсного трансформатора. Для этого:

0. Замерьте измерителем индуктивности значение индуктивности обмоток трансформатора L_1-3 и L_4-6 между контактами 1−3 и 4−6 разъема, соответственно.

1. Найдите коэффициент трансформации из замеренных значений индуктивности обмоток L_1-3 и L_4-6:

. (3.1)

0. Используя выражения (3.10), по замеренному значению индуктивности L_1-3 рассчитайте число витков w_1-3 первичной обмотки. По рассчитанному значению коэффициента трансформации и рассчитанному числу витков w_1-3 первичной обмотки рассчитайте число витков w_4-6 вторичной обмотки трансформатора.

1. Сравните полученные значения w_1-3 и w_4-6 c паспортными данными трансформатора. Определите ошибку расчета числа витков в %.

1. Определите истинные параметры трансформатора. Для этого:

   0. Вставьте плату с образцами в испытательный стенд.

   1. Снимите зависимость выходного напряжения от выходного тока (нагрузочную кривую трансформатора) . Для этого к испытательному стенду к гнездам «U_4-6 » подключите вольтметр.

      0. Тумблер «U_4-6/I_4-6» поставьте в положение «U_4-6». Измерьте напряжение холостого хода на вторичной обмотке трансформатора U_4-6. Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

      1. Тумблер «U_4-6/I_4-6» поставьте в положение «I_4-6». Измерьте ток вторичной обмотке трансформатора I_4-6. Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. – Экспериментальные результаты исследования трансформатора

Условия	I4-6, мА	U4-6, В	I1-3, мА	U1-3, В	Р4-6, Вт	Р1-3, Вт	КТР	К.п.д., %
Кнопки отжаты
Нажата кнопка Кн1
Нажата кнопка Кн2
Нажата кнопка Кн3
Нажата кнопка Кн4
Нажата кнопка Кн5
Нажата кнопка Кн6
Нажата кнопка Кн7

0. Повторите п.4.2.1-4.2.2 для семи различных нагрузок, последовательно нажимая кнопки 1…7. Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

0. Снимите зависимость тока потребления I_1-3 и входного напряжения трансформатора от тока нагрузки: . Для этого к испытательному стенду к гнездам «U_1-3» подключите вольтметр.

   0. Тумблер «U_1-3/I_1-3» поставьте в положение «U_1-3». Измерьте напряжение на первичной обмотке трансформатора U_1-3. Тумблер «U_1-3/I_1-3» поставьте в положение «I_1-3». Измерьте ток первичной обмотке трансформатора I_1-3. Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

   1. Повторите п.4.3.1 для семи различных нагрузок последовательно нажимая кнопки 1…7. Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

1. Рассчитайте мощность трансформатора по вторичной обмотке для каждой точки измерения

(3.2)

Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

0. Рассчитайте потребляемую мощность трансформатора

(3.3)

Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

0. Определите к.п.д. трансформатора:

(3.4)

Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

0. Определите коэффициент трансформации по напряжению:

. (3.5)

Результаты измерения занесите в таблицу 3.2.

0. Постройте график нагрузочной кривой трансформатора .

1. Постройте график зависимости к.п.д. трансформатора от тока нагрузки .

2. По графикам (см. рис.3.6) определите основные параметры трансформатора:

   0. Определите номинальное выходное напряжение.

   1. Определите максимальный выходной ток при снижении выходного напряжения на 20 %.

   2. Определите коэффициент трансформации по напряжению при номинальной нагрузке и сравните его с коэффициентом, рассчитанным по (3.1).

   3. Определите максимальную мощность трансформатора по вторичной обмотке.

   4. Определите максимальное значение к.п.д. трансформатора.

1. Сделайте выводы по работе, в которых осветите применение исследуемых типов моточных изделий.