Лабораторна робота № 8

1. Завдання

Тема: Дослідження фільтру низьких частот на основі операційного підсилювача

Мета: За допомогою комп’ютерного середовища дослідити властивості фільтру низьких частот.

2. Короткі теоретичні відомості

Фі́льтр ни́зьких часто́т (англ. low-pass filter) - фільтр, що пропускає низькі частоти, та подавляє частоти, що знаходяться вище частоти зрізу фільтру англ. cutoff frequency.

На рисунку 2.1 зображена схема RC фільтру, який відсікає високочастотні коливання. Реактивний опір конденсатора зменшується з частотою, а отже конденсатор пропускає тільки високочастотні сигнали, й тим краще, чим вища частота. В результаті на високих частотах конденсатор шунтує сигнал. На виході такого чотириполюсника залишиться лише сигнал низької частоти.

Рисунок 2.1 – модель схеми RC фільтру

Крутизна зрізу, англ. Slope, (дБ/декада, або дБ/октава) визначає зміну характеристики фільтра при переході від області пропускання до області редукції, рисунок 2.2.

Рисунок 2.2 – АЧХ низькочастотного фільтру

3. Хід роботи

1. скласти схему фільтру низьких частот у програмі National Instruments – Multisim. Модель схеми зображено на рисунку 3.1. За умови f=11n кГц , C=111n пФ та L=3n мГн (n – остання цифра залыкової книжки), знаючи формули для реактивних опорів катушки індуктивності ;

2. та конденсатора , а також враховуючи те, що на меті роботи – побудова фільтру низьких частот маємо нерівність X_C X_L , співвідношення X_C/X_L=5,5, далі безпосередньо визначаємо величини L та C, знаючи величину частоти f та відношення X_C/X_L;

Рисунок 3.1 – Модель схеми фільтру низьких частот

2) побудувати АЧХ (амплітудно-частотну характеристику) фільтру низьких частот за допомогою аналізу за змінним струмом, проведеним у програмі Multisim, для цього необхідно:

2.1) в налаштуваннях програми ставимо галочку напроти пункту «show nod names» (з’являться цифри біля вузлових точок);

2.2) зайти в меню «Аналізи» – рисунок 3.2;

Рисунок 3.2. – Аналіз за змінним струмом

2.3) обрати аналіз за змінним струмом (AC analysis) – рисунок 3.3;

Рисунок 3.3. – Вибір частотного діапазону

2.4) частотний діапазон обирається самостійно (до діапазонуТГц). По вертикальній осі (осі ординат) розташовані Вольти або децибели, або відносні одиниці;

2.5) у вкладці «output» додати вихідне значення (у даному випадку вихід операційного підсилювача позначено цифрою «3», що не складно помітити на малюнку, а цікавить нас саме напруга в цій точці відносно заземлення, відповідно напруга буде позначена як «V3») – рисунок 3.4;

Рисунок 3.4. – Вибір вихідного значення напруги

2.6) отриманий графік АЧХ зображений на рисунку 3.5;

Рисунок 3.5 – АЧХ фільтру нижніх частот

Рисунок 3.6 – АЧХ фільтру нижніх частот

3) скласти схему фільтру низьких частот, з використанням операційного підсилювача – рисунок 3.7:

Рисунок 3.7 – Модель схеми фільтру низьких частот, з використанням операційного підсилювача

4) побудувати АЧХ (амплітудно-частотну характеристику) фільтру низьких частот на основі операційного підсилювача за допомогою аналізу за змінним струмом, проведеним у програмі Multisim:

Рисунок 3.8 – АЧХ фільтру низьких частот на основі операційного підсилювача

5) зробити висновки щодо виконаної роботи.