Рабочее задание и методические указания для исследования активных rc-фильтров разных порядков и типов используется универсальная панель (пулар), к кото

ГЛАВА 3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ



Для исследования активных RC-фильтров разных порядков и типов используется универсальная панель (ПУЛАР), к которой подключается плата операционного усилителя (ОУ) [5]. Схема соединения выводов микросхемы с рабочими клеммами универсальной панели приведена на рис.3.1а). Цепь обратной связи ОУ - схема пассивного RC-фильтра монтируется на наборном поле ПУЛАРа. Расположение элементов фильтра представлено на рис.3.1б). Линии со стрелками обозначают соединение клемм  с помощью гибких проводников.

 В таблице 1 приведены соответствующие элементы для различных фильтров (ФНЧ, ФВЧ, ПФ), как первого, так и второго порядков с отрицательной обратной связью, рассмотренные в главе 2. Ограничения на конфигурацию и порядок RC-фильтра связаны лишь с количеством клемм наборного поля. С помощью одной схемы можно исследовать фильтры любого вида (Баттерворта, Бесселя, Чебышева), изменяя лишь номиналы резисторов и конденсаторов. Конкретные значения параметров элементов должны рассчитываться по заданию преподавателя в зависимости от предъявляемых требований к фильтру.

                                                                                                                                     Таблица 1

Тип

Порядок

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

ФНЧ

1

R1

-

-

R2

C1

ФВЧ

1

R1C1

-

-

R2

-

ФНЧ

2

R1

C2

R3

R2

C1

ФВЧ

2

C1

R2

C3

C2

R1

ПФ

2

R1

R3

C

C

R2

















1. Установить на универсальной панели (ПУЛАР) плату операционного усилителя (ОУ). Включить питание ПУЛАРа. Проверить вольтметром и при необходимости установить нужную величину напряжений питания микросхемы. Подать на вход ОУ сигнал с генератора звуковых частот. Измерить коэффициент усиления K операционного усилителя.



                                                                                         



+Е

к8







к10

к6

-Е

к2, к9, к11                                                

              а)                                                                                              б)



Рис. 3.1: а) - схема соединения выводов ОУ с рабочими клеммами наборного поля; б) – расположение  элементов фильтра  на наборном поле ПУЛАРа.



2. Смонтировать и исследовать ФНЧ и ФВЧ 1-го порядка:

а) при заданных параметрах R2 ,  R1 и  C рассчитать частоты среза  fc и коэффициенты передачи K0 и K∞; 

б) убедиться, что в данном диапазоне частот коэффициент усиления ОУ превышает соответствующий  коэффициент передачи по модулю;

в) снять частотные зависимости Uвых= Uвых (f) для ФНЧ и ФВЧ;

г) построить частотные характеристики затухания ap(f);

д) определить по частотным характеристикам частоты среза и сравнить с расчетными значениями.

3. Смонтировать и исследовать ФНЧ и ФВЧ 2-го порядка с отрицательной обратной

связью:

а) для заданного типа фильтра взять из таблицы 2 конкретные значения коэффициентов a1 и  b1 передаточной функции KA(p); (в таблице 2 приведены значения добротности полюсов звеньев фильтров Q1- чем больше добротность, тем больше склонность фильтра к генерации);

б) при заданных значениях fc, K0 , K∞ рассчитать следующие параметры элементов:

    1.  для ФНЧ - R2 ,  R1 и  R3 при заданных параметрах C2 и  C1;

    2.  для ФВЧ - C2 ,  C1 и  C3 при заданных параметрах  R2 и  R1;

в) снять частотные зависимости Uвых= Uвых (f) для ФНЧ и ФВЧ;

г) построить частотные характеристики затухания ap(f);

д) определить по частотным характеристикам частоты среза и сравнить с заданными частотами fc;

е) определить для фильтров Чебышева  неравномерность частотных характеристик в полосе пропускания Δa и сравнить с заданной неравномерностью.



                                                                                                                  Таблица 2

Тип фильтра

a1

b1

Q1

Баттерворта

1.4142

1.0000

0.71

Бесселя

1.3617

0.618

0.58

Чебышевас Δa=0.5дБ

1.3614

1.3827

0.86

Чебышева с Δa=3дБ

1.0650

1.9305

1.3

















4. Исследовать полосовой фильтр с отрицательной обратной связью:

а) при заданных значениях fr, Q , C и Kr  рассчитать параметры R2 ,  R1 и  R3;

б) измерить коэффициент усиления ОУ на резонансной частоте и убедиться, что он превышает 2Q2;

в) снять частотные зависимости Uвых= Uвых (f) и фазового сдвига φ(f);

г) построить частотные характеристики затухания ap(f) и φ(f);

д) определить по частотным характеристикам полосу пропускания и добротность Q и    сравнить с заданными параметрами.







Литература



У. Титце, К. Шенк,  Полупроводниковая схемотехника, М., Мир, 1982.

А. К. Лосев, Линейные радиотехнические цепи, М., Высшая школа, 1971.

А. Е. Знаменский, И. Н. Теплюк, Активные RC - фильтры, М., Связь, 1970. 

Двинских В. А., Олейник Н. Г.  Расчет линейных пассивных фильтров с сосредоточенными параметрами. Саратов. 1983. 

Ишин С. А., Соловьев Ю. В. Операционные усилители на интегральных схемах. Саратов, 2001.

6.   Ханзел Г. Е. Справочник по расчету фильтров. М., 1974.









Таким образом, выбрав в табл. 13.6 значения коэффициентов a1, и b1 для конкретного фильтра, необходимо задать соответствующее значение. Эти значения коэффициента усиления приведены в табл. 13.7. 





Тип фильтрара

Бесселя

Баттерворта

Чебышева с Δa=0.5 дБ

Чебышева с Δa=3 дБ



1,268 

1,586

1,838

2,234