Электрические фильтры к-типа (полосные, заграждающие) В-18
Полосовой 
-фильтр может быть образован путем последовательности соединения -фильтров нижних и верхних частот (рисунок 5.8, а). Векторная диаграмма такого фильтра показана на рисунке 5.8, б.
а) б)
Рисунок 5.8 − Принципиальная схема полосового -фильтра (а) и его векторная диаграмма (б)
В полосовом фильтре первое звено (ФНЧ) не пропускает колебаний высоких частот, а второе звено (ФВЧ) не пропускает колебаний низких частот. Где-то в области перехода от полосы прозрачности к полосе задержки обоих звеньев и лежит максимальное значение коэффициента передачи фильтра.
Выражение для коэффициента передачи по напряжению для полосового фильтра при 
и 
имеет вид
. (5.8)
Из соотношения (5.8) для модуля коэффициента передачи (АЧХ) полосового фильтра следует
. (5.9)
Максимальная величина модуля коэффициента передачи выражения (5.9) наблюдается при 
и принимает значение
. (5.10)
АЧХ полосового фильтра напоминает резонансную кривую колебательного контура. Поэтому, соответствующую частоту называют квазирезонансной. Ее значение может быть получено из выражения (5.9) с учетом соотношения (5.10)
|
|
|
или 
. (5.11)
Заграждающий -фильтр часто называют двойным Т-образным мостом. Он представляет собой параллельное соединение Т-образных фильтров верхних и нижних частот (рисунок 5.9, а).
Качественно работу заграждающего фильтра можно объяснить, перерисовав схему более наглядно, как показано на рисунке 5.9, б.
 |
а) б)
Рисунок 5.9 − Принципиальная схема заграждающего -фильтра
В данном случае считается, что сопротивление нагрузки 
не влияет на работу фильтра, т. е. имеет достаточно большую величину. Слева и справа подведено переменное входное напряжение от одного и того же источника сигнала. В этом случае можно заметить, что при 
и при 
. Это означает, что в области нулевой частоты и бесконечно больших частот коэффициент передачи фильтра равен 
. Векторные диаграммы для левой и правой части преобразованной схемы приведены на рисунке 5.10 а), б). Если направить векторы напряжений 
и 
из одной точки (рисунок 5.10, в), то видно, что они при определенной частоте сигнала могут быть равны друг другу по величине и противоположны по фазе. На этой частоте, называемой так же, как и в случае полосового фильтра, квазирезонансной, коэффициент передачи фильтра будет равен нулю, а фаза меняется скачком на 
. Если в рассматриваемом заграждающем фильтре положить , , 
и 
, то выражение для его АЧХ и ФЧХ будет иметь соответственно вид
|
|
|
, 
, (5.12)
а значение для квазирезонансной частоты будет равно
или . (5.13)
Рисунок 5.10 − Векторные диаграммы заграждающего -фильтра
Лабораторная работа 6
Цель работы: Изучение принципов работы и методов расчета электрических фильтров типа 
. Экспериментальное исследование нижних, верхних, полосового и заграждающего -фильтров.
Материалы и оборудование: генератор сигналов (ГС), цифровой мультиметр DT-58, осциллограф, электронный коммутатор, панель монтажная, набор резисторов, конденсаторов, индуктивностей, набор проводов со штекерами.
Расчетное задание
1 Рассчитать значения емкости конденсатора 
и частоту среза 
(или 
) для фильтров нижних и верхних частот, а также полосового и заграждающего (рисунок 5.11). Номинальные значения резисторов приведены по вариантам в таблице 5.1. Значение емкости конденсатора 
.
|
|
|
Таблица 5.1− Значения резисторов, по которым рассчитываются фильтры
| Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 47 | 40 | 34 | 30 | 26 | 24 | 22 | 20 | 18 | 16 |
2 Рассчитать и построить графики АЧХ и ФЧХ фильтров верхних и нижних частот. Расчеты выполнить для коэффициентов передачи 
, равных соответственно 0,2; 0,4; 0,7; 1,0. На графике частоту 
откладывать в логарифмическом масштабе.
 |
Рисунок 5.11 – Принципиальные схемы -фильтров: а) – нижних частот, б) – верхних частот, в) – полосового фильтра, г) – заграждающего фильтра, где 
– резисторы, значения которых соответствуют номеру варианта, – конденсатор 
Ход работы
1 Исследование -фильтров нижних частот
− Собрать на монтажной панели стенда лабораторного схему -фильтра нижних частот (рисунок 5.15, а).
− Подключить к входу фильтра генератор низкочастотных сигналов (ГС), а к выходу осциллограф для измерения переменных напряжений.
− Изменяя частоту входного сигнала в диапазоне от 
до 
, снять АЧХ и ФЧХ фильтра.
Примечание: при измерении зависимости напряжения на выходе фильтра от частоты, необходимо обеспечить постоянную величину напряжения на ГС. Измерения фазового сдвига следует проводить в тех же точках диапазона частот, в которых был рассчитан коэффициент .
|
|
|
− Измеренные значения занести в таблицу 5.2.
Таблица 5.2 – Таблица экспериментальных измерений фильтра
нижних частот
 , мс
| |||||||||
| , кГц
| |||||||||
 , В
| |||||||||
|
− Построить графики АЧХ и ФЧХ фильтров. Частоту на графиках откладывать в логарифмическом масштабе.
− Провести сравнительный анализ результатов расчета и эксперимента.
2 Исследование -фильтров верхних частот
− Собрать на монтажной панели стенда лабораторного схему -фильтра верхних частот (рисунок 5.15, б).
− Подключить к входу фильтра генератор низкочастотных сигналов (ГС), а к выходу осциллограф для измерения переменных напряжений.
− Изменяя частоту входного сигнала в диапазоне от до , снять АЧХ и ФЧХ фильтра.
Примечание: при измерении зависимости напряжения на выходе фильтра от частоты, необходимо обеспечить постоянную величину напряжения на ГС. Измерения фазового сдвига следует проводить в тех же точках диапазона частот, в которых был рассчитан коэффициент .
− Измеренные значения занести в таблицу 5.3.
− Построить графики АЧХ и ФЧХ фильтров. Частоту на графиках откладывать в логарифмическом масштабе.
− Провести сравнительный анализ результатов расчета и эксперимента.
Таблица 5.3 – Таблица экспериментальных измерений фильтра
верхних частот
| , мс
| |||||||||
| , кГц
| |||||||||
| , В
| |||||||||
|
|
3 Исследование полосового -фильтра
− Собрать на монтажной панели стенда лабораторного схему полосового -фильтра (рисунок 5.15, в), параметры которой соответствуют рассчитанным значениям варианта, заданного преподавателем.
− Подключить к входу фильтра генератор низкочастотных сигналов (ГС), а к выходу осциллограф для измерения переменных напряжений.
− Изменяя частоту входного сигнала в диапазоне от до , снять АЧХ и ФЧХ фильтра.
Примечание: при измерении зависимости напряжения на выходе фильтра от частоты, необходимо обеспечить постоянную величину напряжения на ГС. Измерения фазового сдвига следует проводить в тех же точках диапазона частот, в которых был рассчитан коэффициент .
− Измеренные значения занести в таблицу 5.4.
− Построить графики АЧХ и ФЧХ фильтров. Частоту на графиках откладывать в логарифмическом масштабе.
− Провести сравнительный анализ результатов расчета и эксперимента.
Таблица 5.4 – Таблица экспериментальных измерений полосового
фильтра
| , мс
| |||||||||
| , кГц
| |||||||||
| , В
| |||||||||
|
|
4 Исследование заграждающего -фильтра
− Собрать на монтажной панели стенда лабораторного схему заграждающего -фильтра (рисунок 5.15, г), параметры которой соответствуют рассчитанным значениям варианта, заданного преподавателем.
− Подключить к входу фильтра генератор низкочастотных сигналов (ГС), а к выходу осциллограф для измерения переменных напряжений.
− Изменяя частоту входного сигнала в диапазоне от до , снять АЧХ и ФЧХ фильтра.
Примечание: при измерении зависимости напряжения на выходе фильтра от частоты, необходимо обеспечить постоянную величину напряжения на ГС. Измерения фазового сдвига следует проводить в тех же точках диапазона частот, в которых был рассчитан коэффициент .
− Измеренные значения занести в таблицу 5.5.
− Построить графики АЧХ и ФЧХ фильтров. Частоту на графиках откладывать в логарифмическом масштабе.
− Провести сравнительный анализ результатов расчета и эксперимента.
Таблица 5.5 – Таблица экспериментальных измерений
заграждающего фильтра
| , мс
| |||||||||
| , кГц
| |||||||||
| , В
| |||||||||
|
|
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!