МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра микро- и наноэлектроники
отчет
по лабораторной работе № 2
по дисциплине «Аналоговая схемотехника»
Тема: Пассивные фильтры
Студентка гр. 0281
|
|
Рыбина А.А.
|
Преподаватель
|
Шаповалов С.В.
|
Санкт-Петербург
2023
Цель работы: изучение свойств фильтров низких и высоких частот, а также полосовых фильтров, приобретение навыков работы с генератором сигналов и цифровым осциллографом.
Обработка результатов
Исследование частотных свойств RC- фильтра нижних частот
Граничная частота:
Таблица 1- частотные свойства RC-фильтра нижних частот
f, кГц
|
|
Результаты измерений
|
Экспериментальные значения
|
Теоретические значения
|
Uвх, В
|
Uвых, В
|
τ, мкс
|
K(f)
|
KдБ(f), дБ
|
φ(f), º
|
K(f)
|
KдБ(f), дБ
|
φ(f), º
|
7,2
|
0,1
|
5,08
|
5,04
|
-2,4
|
0,99
|
-0,07
|
-6,22
|
1,00
|
-0,04
|
-5,71
|
14,4
|
0,2
|
5,12
|
4,88
|
-2,6
|
0,95
|
-0,42
|
-13,48
|
0,98
|
-0,17
|
-11,30
|
21,6
|
0,3
|
5,12
|
4,76
|
-2,6
|
0,93
|
-0,63
|
-20,22
|
0,96
|
-0,37
|
-16,69
|
28,8
|
0,4
|
5,12
|
4,76
|
-2,6
|
0,93
|
-0,63
|
-26,96
|
0,93
|
-0,64
|
-21,79
|
36
|
0,5
|
5,12
|
4,1
|
-1,8
|
0,80
|
-1,93
|
-23,33
|
0,89
|
-0,97
|
-26,55
|
43,2
|
0,6
|
5,12
|
3,96
|
-2,2
|
0,77
|
-2,23
|
-34,21
|
0,86
|
-1,33
|
-30,95
|
50,4
|
0,7
|
5,12
|
4
|
-1,8
|
0,78
|
-2,14
|
-32,66
|
0,82
|
-1,73
|
-34,97
|
57,6
|
0,8
|
5,12
|
3,84
|
-2,2
|
0,75
|
-2,50
|
-45,62
|
0,78
|
-2,15
|
-38,64
|
64,8
|
0,9
|
5,12
|
3,72
|
-1,8
|
0,73
|
-2,77
|
-41,99
|
0,74
|
-2,57
|
-41,97
|
72
|
1
|
5,12
|
3,4
|
-1,8
|
0,66
|
-3,56
|
-46,66
|
0,71
|
-3,01
|
-44,98
|
144
|
2
|
5,12
|
2,2
|
-1,2
|
0,43
|
-7,34
|
-62,21
|
0,45
|
-6,99
|
-63,42
|
288
|
4
|
5,12
|
2,0
|
-1
|
0,39
|
-8,16
|
-72,58
|
0,24
|
-12,30
|
-75,95
|
360
|
5
|
5,12
|
1,6
|
-0,8
|
0,31
|
-10,10
|
-77,76
|
0,20
|
-14,14
|
-78,68
|
432
|
6
|
5,12
|
1,3
|
-0,6
|
0,25
|
-11,91
|
-77,76
|
0,16
|
-15,68
|
-80,53
|
504
|
7
|
5,12
|
1,0
|
-0,5
|
0,20
|
-14,19
|
-81,65
|
0,14
|
-16,98
|
-81,86
|
576
|
8
|
5,12
|
0,6
|
-0,4
|
0,12
|
-18,62
|
-82,94
|
0,12
|
-18,12
|
-82,87
|
648
|
9
|
5,12
|
0,3
|
-0,38
|
0,06
|
-24,64
|
-86,31
|
0,11
|
-19,13
|
-83,66
|
720
|
10
|
5,12
|
0,2
|
-0,3
|
0,04
|
-28,16
|
-90,72
|
0,10
|
-20,04
|
-84,29
|
Пример расчета:
Рисунок 1 – Экспериментальная и теоретическая АЧХ ФНЧ в относительных единицах
Рисунок 2 – Экспериментальная и теоретическая АЧХ ФНЧ в дБ
Рисунок 3 – Экспериментальная и теоретическая ФЧХ
Исследование частотных свойств фильтра Вина:
Таблица 2- частотные свойства фильтра Вина
f, Гц
|
|
Результаты измерений
|
Экспериментальные значения
|
Теоретические значения
|
Uвх, В
|
Uвых, В
|
τ, мкс
|
K(f)
|
KдБ(f), дБ
|
φ(f), º
|
K(f)
|
KдБ(f), дБ
|
φ(f), º
|
23,4
|
0,1
|
5,12
|
0,68
|
7,80
|
0,13
|
-17,54
|
65,71
|
0,10
|
-20,29
|
73,14
|
46,8
|
0,2
|
5,12
|
1,12
|
3,20
|
0,22
|
-13,20
|
53,91
|
0,18
|
-15,06
|
57,99
|
70,2
|
0,3
|
5,12
|
1,36
|
1,40
|
0,27
|
-11,51
|
35,38
|
0,23
|
-12,60
|
45,32
|
93,6
|
0,4
|
5,12
|
1,56
|
0,96
|
0,30
|
-10,32
|
32,35
|
0,27
|
-11,27
|
34,99
|
117
|
0,5
|
5,12
|
1,72
|
0,56
|
0,34
|
-9,47
|
23,59
|
0,30
|
-10,51
|
26,57
|
140,4
|
0,6
|
5,12
|
1,76
|
0,30
|
0,34
|
-9,28
|
15,16
|
0,31
|
-10,06
|
19,57
|
163,8
|
0,7
|
5,12
|
1,80
|
0,20
|
0,35
|
-9,08
|
11,79
|
0,32
|
-9,79
|
13,65
|
187,2
|
0,8
|
5,12
|
1,80
|
0,10
|
0,35
|
-9,08
|
6,74
|
0,33
|
-9,64
|
8,53
|
210,6
|
0,9
|
5,12
|
1,80
|
0,05
|
0,35
|
-9,08
|
3,79
|
0,33
|
-9,56
|
4,03
|
234
|
1,0
|
5,12
|
1,80
|
0,00
|
0,35
|
-9,08
|
0,00
|
0,33
|
-9,54
|
0,00
|
468
|
2,0
|
5,12
|
1,60
|
-0,19
|
0,31
|
-10,10
|
-31,34
|
0,30
|
-10,51
|
-26,57
|
702
|
3,0
|
5,12
|
1,40
|
-0,19
|
0,27
|
-11,26
|
-48,02
|
0,25
|
-12,07
|
-41,63
|
936
|
4,0
|
5,12
|
1,16
|
-0,16
|
0,23
|
-12,90
|
-55,26
|
0,21
|
-13,63
|
-51,34
|
1170
|
5,0
|
5,12
|
1,00
|
-0,14
|
0,20
|
-14,19
|
-58,97
|
0,18
|
-15,06
|
-57,99
|
1404
|
6,0
|
5,12
|
0,92
|
-0,13
|
0,18
|
-14,91
|
-67,73
|
0,15
|
-16,34
|
-62,78
|
1638
|
7,0
|
5,12
|
0,84
|
-0,12
|
0,16
|
-15,70
|
-73,12
|
0,13
|
-17,48
|
-66,37
|
1872
|
8,0
|
5,12
|
0,76
|
-0,12
|
0,15
|
-16,57
|
-78,17
|
0,12
|
-18,51
|
-69,15
|
2106
|
9,0
|
5,12
|
0,64
|
-0,11
|
0,13
|
-18,06
|
-80,36
|
0,11
|
-19,45
|
-71,35
|
2340
|
10,0
|
5,12
|
0,60
|
-0,10
|
0,12
|
-18,62
|
-84,24
|
0,10
|
-20,29
|
-73,14
|
Пример расчета:
     
Рисунок 4 – Экспериментальная и теоретическая АЧХ фильтра Вина в относительных единицах
Рисунок 5 – Экспериментальная и теоретическая АЧХ фильтра Вина в дБ
Рисунок 6 – Экспериментальная и теоретическая ФЧХ
Исследование частотных свойств LC фильтра нижних частот
  кГц
Таблица 3- частотные свойства LC фильтра нижних частот
f, кГц
|
|
Результаты измерений
|
Экспериментальные значения
|
Теоретические значения
|
Uвх, В
|
Uвых, В
|
τ, мкс
|
K(f)
|
KдБ(f), дБ
|
φ(f), º
|
K(f)
|
KдБ(f), дБ
|
φ(f), º
|
1,07
|
м
|
4,60
|
2,40
|
-21,6
|
0,52
|
-5,65
|
-8,34
|
1,01
|
0,07
|
-3,22
|
2,15
|
0,2
|
3,80
|
2,12
|
-20,0
|
0,56
|
-5,07
|
-15,45
|
1,03
|
0,30
|
-6,63
|
3,22
|
0,3
|
3,04
|
1,68
|
-14,0
|
0,55
|
-5,15
|
-16,22
|
1,08
|
0,67
|
-10,42
|
4,29
|
0,4
|
2,48
|
1,48
|
-16,0
|
0,60
|
-4,48
|
-24,72
|
1,15
|
1,22
|
-14,87
|
5,37
|
0,5
|
1,94
|
1,18
|
-15,0
|
0,61
|
-4,32
|
-28,97
|
1,25
|
1,94
|
-20,39
|
6,44
|
0,6
|
1,62
|
1,06
|
-16,0
|
0,65
|
-3,68
|
-37,08
|
1,38
|
2,83
|
-27,60
|
7,51
|
0,7
|
1,38
|
0,94
|
-17,6
|
0,68
|
-3,34
|
-47,59
|
1,56
|
3,85
|
-37,42
|
8,58
|
0,8
|
1,20
|
0,82
|
-18,0
|
0,68
|
-3,31
|
-55,62
|
1,74
|
4,83
|
-51,09
|
9,66
|
0,9
|
1,08
|
0,76
|
-20,0
|
0,70
|
-3,05
|
-69,53
|
1,86
|
5,41
|
-69,26
|
10,73
|
1,0
|
1,12
|
1,36
|
-23,2
|
1,21
|
1,69
|
-89,62
|
1,79
|
5,07
|
-90,00
|
21,46
|
2,0
|
1,96
|
0,68
|
-18,4
|
0,35
|
-9,19
|
-142,15
|
0,31
|
-10,10
|
-159,61
|
32,19
|
3,0
|
2,92
|
0,88
|
-13,2
|
0,30
|
-10,42
|
-152,97
|
0,12
|
-18,25
|
-168,19
|
42,92
|
4,0
|
3,44
|
1,60
|
-10,0
|
0,47
|
-6,65
|
-154,51
|
0,07
|
-23,62
|
-171,54
|
53,65
|
5,0
|
3,92
|
1,20
|
-8,6
|
0,31
|
-10,28
|
-166,10
|
0,04
|
-27,66
|
-173,37
|
64,38
|
6,0
|
4,20
|
1,48
|
-6,6
|
0,35
|
-9,06
|
-152,97
|
0,03
|
-30,92
|
-174,54
|
75,11
|
7,0
|
4,36
|
1,76
|
-5,2
|
0,40
|
-7,88
|
-140,61
|
0,02
|
-33,65
|
-175,35
|
85,84
|
8,0
|
4,52
|
1,68
|
-4,4
|
0,37
|
-8,60
|
-135,97
|
0,02
|
-36,01
|
-175,95
|
96,57
|
9,0
|
4,60
|
1,64
|
-3,4
|
0,36
|
-8,96
|
-118,20
|
0,01
|
-38,08
|
-176,41
|
Пример расчета:
   
  
Рисунок 7 – Экспериментальная и теоретическая АЧХ LC фильтра нижних частот в относительных единицах
Рисунок 8 – Экспериментальная и теоретическая АЧХ LC фильтра нижних частот
Рисунок 9 – Экспериментальная и теоретическая ФЧХ
Выводы: в ходе обработки лабораторной работы были рассчитаны амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики для трех видов фильтров: RC-фильтра нижних частот, фильтра Вина и LC-фильтра нижних частот.
Из исследования частотных свойств RC-фильтра нижних частот в первом пункте лабораторной работы можно увидеть, что фильтр на низких частотах хорошо пропускает сигнал, а на высоких частотах сводит его к нулю (рис.1). ФЧХ показывает увеличивающуюся разницу в углах векторов на активном и реактивном сопротивлениях. Т.к. при f=0 конденсатор ведет себя как холостой ход, то цепь носит чисто активное сопротивление, значит и нет сдвига фаз. А при стремлении f к бесконечности, реактивное сопротивление конденсатора стремится к нулю, значит возникает короткое замыкание и сигнал не передается, а сдвиг фаз становится равным 900. Полученная зависимость (рис.2) примерно сходится с теорией.
Исследование частотных свойств фильтра Вина во втором пункте работы показало, что он пропускает сигнал в определенном частотном диапазоне. Максимум АЧХ соответствует уровню 0,33. ФЧХ показывает соответствие теории и эксперимента: нулевое значение угла сдвига фаз на центральной частоте фильтра Вина, при малых частотах положительный сдвиг фаз, а на высоких частотах- отрицательный.
При исследовании частотных свойств LC-фильтра нижних частот в третьем пункте работы можно увидеть, что данный фильтр нижних частот пропускает сигнал с частотами ниже, чем резонансная, и не пропускает с частотами, больше резонансной, что подтверждает АЧХ. Максимум АЧХ достигается на резонансной частоте и при этой же частоте фазовый сдвиг равен –90º, что подтверждает экспериментальная ФЧХ. Не смотря на различие теоретических и экспериментальных данных, можно сделать вывод о правильности снятых измерений. Различие может быть из-за различных потерь, например, на индуктивности и на сопротивлении проводов.
|
Скачать 94.24 Kb.