Активные RC-фильтры (ARC-Ф)

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

НТУУ «КПИ»

Факультет электроники

Лабораторная работа №3

Выполнила:

ст. 4 курса,гр.ДЕ-82

Удовенко Анастасия

Киев-2011

1. Цель работы

Цель работы - изучение принципа работы, исследование амплитудных, частотных характеристик и параметров активных фильтров нижних и верхних частот, полосно-пропускающих и полосно-задерживающих фильтров на интегральном операционном усилителе.

2. Блок-схема установки для исследования лабораторного модуля 'Активные RC-фильтры'

Блок-схема установки для исследования лабораторного модуля 'ARC-Ф' приведен на рис.5.1. Лабораторная установка состоит из генератора гармонических колебаний 1 типа ГЗ-ЗЗ, вольтметров 3 и 4 типа B3-38, лабораторного стенда 5, двухлучевого осциллографа 6 типа С1-55. лабораторного модуля 7 типа “ARС-Ф”, блока питания 2 типа ЛИПС-35.

Генератор 1 используется в качестве источника входного гармонического напряжения в частотном диапазоне от 20 Гц до 200 кГц и амплитудой от 0 до 6.3В. Вольтметры 4 и 3 предназначены для измерения соответственно входного U1 и выходного U2 напряжении переменного тока активного фильтра от 0.1 мВ до 200В в диапазоне частот от 20 Гц до 3 МГц. Лабораторный стенд 5 обеспечивает реализацию определенной схемы фильтра, сопряжение этой схемы с источником питания, а также - с измерительными вольтметрами 3, 4 и осциллографом 6 с помощью разъемных соединений Х1-Х7,Х9, а также переключателей П1-П10. Блок 2 обеспечивает напряжение питания интегрального операционного усилителе активного фильтра. Двухлучевой осциллограф 6 предназначен для одновременного наблюдения на экране трубки формы и измерения параметров (амплитуды и фазы) входного U1 и выходного U2 напряжений от 30 мВ до 140 В в частотном диапазоне от 3Гц до 10Мгц. Блок 7 представляет собой объект исследования - лабораторный модуль “ARC-Ф'.

3. Схема принципиальная электрическая лабораторного модуля 'Активные RC- фильтры'

электрический фильтр амплитудный усилитель

Схема принципиальная электрическая лабораторного модуля “Активные RC-фильтры', реализуемая с помощью лабораторного стенда, приведена на рис. 5.2. В данном модуле может быть реализовано 7 видов активных фильтров - три фильтра нижних частот - ФНЧ (ФНЧ-1 первого порядка, два ФНЧ-2 второго порядка Баттерворта и Чебышева), два фильтра верхних частот - ФВЧ (ФВЧ-1 первого порядка и ФВЧ-2 второго порядка), полосно-пропускающий фильтр второго порядка - ПФ-2, полосно-задерживающий второго порядка - ЗФ-2. Выбор конкретного фильтра осуществляется с помощью кнопочных переключателей П1-П10, расположенных на лицевой панели лабораторного стенда (см.табл.5.1). Активным усилительным элементом является интегральный операционный усилитель DAI типа К140УД1. Пассивные цепи R9-C8 и C9-R10 относятся соответственно ФНЧ-1 и ФВЧ-1. Пассивные цепи Rl, R2, R3, C1, C2 и R4, R5, R6, СЗ, С4 относятся соответственно к ФНЧ-2 и ФНЧ-2*. К ФВЧ-2 принадлежат пассивные цепи С5, С6, С7, R7, R8. С помощью цепей Rl1, R12, R13, C10, Cl1, и R14, R15, R16, С12, С13, С14 реализуются соответственно ПФ-2 и ЗФ-2. Входное напряжение U1 от генератора ГЗ-ЗЗ поступает по кабелю на гнездо Г1 и контролируется осциллографом и вольтметром ВЗ--38, подключенным к гнезду 'U2' и наблюдается на экране осциллографа С1-55, подключенного через кабель к гнезду “Осц.2”. Питающее напряжение Е1 =+6.3В и Е2=-6.3В поступают на ОУ при нажатии кнопки “Вкл.” лабораторного стенда от источника ЛИПС-35 по кабелю через разъем Х9.

Обработка результатов измерений

Таблица 1. Измерение АЧХ и ФЧХ ФНЧ - фильтров.

	ФНЧ
f,Гц(lgf)	ФНЧ-1	ФНЧ-2
	U2,B	Ku	ц,0	U2,B	Ku
20(1,3)	0,78	0,95		0,93	0,95
50(1,7)	0,82	1,00	18	0,98	1,00
100(2)	0,822	1,00	21,6	0,98	1,00
200(2,3)	0,81	0,99	25,2	0,92	0,94
300(2,5)	0,79	0,96	28,8	0,86	0,88
400(2,6)	0,74	0,90	32	0,77	0,79
500(2,7)	0,68	0,83	37,6	0,68	0,69
600(2,8)	0,62	0,75	43,2	0,6	0,61
800(2,9)	0,52	0,63	54	0,48	0,49
1000(3)	0,44	0,54	61,2	0,4	0,41
fc, Гц	680	-	-	460	-
Ku	0,882	-	-	0.98	-
Д	599,8	-	-	450,8	-

Таблица 2. Измерение АЧХ и ФЧХ ФВЧ - фильтров.

	ФВЧ
f,Гц(lgf)	ФВЧ-1	ФВЧ-2
	U2,B	Ku	U2,B	Ku	ц
200(2,3)	0,1	0,13	0,01	0,01	13,5
300(2,5)	0,15	0,19	0,028	0,03	18
400(2,6)	0,2	0,25	0,05	0,05	24
500(2,7)	0,25	0,31	0,075	0,08	27
600(2,8)	0,3	0,38	0,11	0,11	29,25
700(2,9)	0,32	0,40	0,15	0,15	31,5
1000(3)	0,44	0,55	0,28	0,29	36
2000(3,3)	0,66	0,83	0,74	0,76	49,5
5000(3,7)	0,76	0,95	0,91	0,93	108
10000(4)	0,8	1,00	0,98	1,00	144
fc, Гц	1250	-	1850	-	-
Ku	0,8	-	0,98	-	-
Д	1000	-	1520	-	-

Таблица 3. Измерение АЧХ и ФЧХ ПФ и ЗФ фильтров.

ПФ-2	ЗФ-2
f,Гц(lgf)
	U2,B	Ku	f,Гц(lgf)	U2,B	Ku
200(2,3)	0,1	0,10	50(1,7)	0,93	0,99
300(2,5)	0,2	0,20	100(2)	0,9	0,96
400(2,6)	0,3	0,30	150(2,2)	0,84	0,89
500(2,7)	0,5	0,50	200(2,3)	0,73	0,78
600(2,8)	0,84	0,84	250(2,4)	0,49	0,52
800(2,9)	1	1,00	270(2,43)	0,44	0,47
900(2,95)	0,98	0,98	300(2,5)	0,2	0,21
1000(3)	0,7	0,70	500(2,7)	0,85	0,90
2000(3,3)	0,18	0,18	1000(3)	0,91	0,97
4000(3,6)	0,07	0,07	2000(3,3)	0,94	1,00
fн, Гц	750	-	fн, Гц	220	-
fв, Гц	1020	-	fв, Гц	430	-
f0, Гц	800	-	f0, Гц	300	-
Дf, Гц	270	-	Дf, Гц	210	-
Ku	1	-	Ku	0,94	-
Д	270	-	Д	197.4	-

Таблица 4. Измерение амплитудных характеристик ARC - фильтров.

U1,В	U2,В
	ФНЧ-2	ПФ-2	ЗФ-2
0,15	0,11	0,23	0,11
0,45	0,32	0,53	0,34
0,9	0,59	0,98	0,60
1,05	0,68	1,13	0,71
1,2	0,77	1,28	0,83
1,35	0,86	1,43	0,94
1,5	0,98	1,58	1,01
1,65	1,07	1,80	1,13
1,8	1,16	1,95	1,22
1,95	1,28	2,10	1,31
2,1	1,39	2,25	1,43
2,25	1,46	2,40	1,50
Д	13	10,6	13,3
fc,Гц	460	750	220

АЧХ фильтров

ФЧХ фильтров

Амплитудные характеристики ARC - фильтров