Активные фильтры
Общие положения
Достигаемый уровень компетентности
· Знание основных параметров фильтров
· Умение экспериментально определять основные параметры фильтров во временной и частотной областях
3.1.2 В процессе выполнения работы студент должен научиться:
· Различать типы фильтров (Бесселя, Баттерворта, Чебышева)
· Оперативно собирать измерительную схему для экспериментального определения основных характеристик фильтра во временной и частотной областях
· Проводить измерения основных параметров фильтра
Длительность лабораторной работы – 4 часа.
Необходимые приборы, радиодетали и материалы.
- 2 ОУ LM741
- Таймер NE555
- Резисторы: 820 Ом, 2 x 1.1k, 1.2 К, 10К, 12К
- Потенциометр 2,2К
- Конденсаторы: 2 x 0.1 мкФ, 1 мкФ, 10 мкФ х 25В
- Мультиметр
- Осциллограф
- Генератор синусоидальных колебаний
- Макетная матрица.
|
- Работа осуществляется бригадой из 2-3 студентов
- Прежде чем включить питание, предъявить монтаж
преподавателю!
ФНЧ 2-го порядка
Передаточная функция ФНЧ 2-го порядка имеет вид:
,
где 
- нормированная переменная Лапласа
- частота среза фильтра
- коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания
- полоджительные вещественные коэффициенты, определыющие тип фильтра
На рис. 3-1 представлена схемная реализация ФНЧ 2-го порядка, получившая имя фильтра Саллена и Кея.
Рис. 3-1
Передаточная функция этой схемы:
.
Следовательно,
Величина 
определяет тип фильтра, а частота среза при заданном типе фильтра зависит от 
:
, где 
- собственная частота, а 
- нормировочный коэффициент.
Параметры настройки фильтра рис. 3-1 приведены в таблице 3-1.
|
|
Таблица 3-1
| Тип фильтра | 
| 
|
| 
|
| С критическим затуханием | 1.287 | 0.414 | 1.000 | 1.56 |
| Бесселя | 1.362 | 0.618 | 1.268 | 1.27 |
| Баттерворта | 1.414 | 1.000 | 1.586 | 1.00 |
| Чебышева с неравномерностью 0,5дБ | 1.361 | 1.383 | 1.842 | 0.85 |
| Чебышева с неравномерностью 2дБ | 1.181 | 1.778 | 2.114 | 0.74 |
При 
схема работает в режиме генератора с частотой 
Измерение параметров фильтра во временой области
Эти измерения заключа.тся в исследовании формы переходной характеристики фильтра 
.
Поэтому прежде всего соберите на макетной матрице генератор повторяющихся единичных скачков напряжения (рис. 3-2)
Рис. 3-2
Проверьте форму 
с помощью осфиллографа и при необходимости подкорректируйте амплитуду 1В подбором сипротивлений 
.
1. Соберите схему рис. 1-1. Оцените собственную частоту -цепи фильтра
Подключите ко входному фильтру генератор единичных скачков рис. 3-2.
2. Установите потенциометром 
(фильтр с критическим затуханием) и, подключив осциллограф к выходу фильтра, получите на экране переходныю характеристику. Зафиксируйте осциллограмму на миллиметровой бумаге. Вычислите критическую частоту фильтра:
, 
,
использовав для этого данные из таблицы 1.1. Запишите значение 
в таблицу 1.2
Определите по осфиллограмме три основных параметра фильтра:
1). Время нарастания (время, необходимое для достижения 90% конечного значения)
2). Время установления (время, за которое устанавливается конечное значение с точностью до 5%)
3). Выброс
Вычислите нормированные значения этих параметров 
, 
и 
и внесите их в таблицу 1.2.
|
|
3. Установите 
(фильтр Бесселя) и повторите все действия пункта 2.
4. Повторите то же самое для фильтров Баттерворта и Чебышева (см. табл. 3-1).
5. Зафиксируйте переходные характеристики всех фильтров на рис. 3-3, а их нормированные переменные 
и 
- в таблице 3.2
6. 
Закоротите на землю вход фильтра и, установив , убедитесь, что схема работает в режиме генератора с
Рис. 3-3
Таблица 3.2
 Параметр
Тип фильтра
| 
| 
| Время нарастания | Время установления | Выброс | |||
| 
| 
| 
|
|
| |||
| С критическим затуханием | ||||||||
| Бесселя | 1,27 | |||||||
| Баттерворта | 1,59 | |||||||
| Чебышева с 0.5дБ | 1,84 | |||||||
| Чебышева с 2дБ | 2,11 |
Какой из фильтров имеет наилучшую форму переходной характеристики?
____________________________________________________________________
Какой из фильтров имеет наибольшее время установления? ____________
____________________________________________________________________