Содержание отчета

Отчет должен включать в себя таблицы, содержащие исходные данные для исследования (номиналы сопротивлений), вычисленных (коэффициент усиления), полученных в ходе эксперимента (действующие значения напряжений выходного сигнала). Необходимо оценить степень совпадения коэффициентов усиления для моделируемых схем, рассчитанных по формулам и полученных в ходе эксперимента.

Работа завершается выводом.

Контрольные вопросы:

1. …

2. …

3. …

Лабораторная работа 4 Исследование активных фильтров на базе операционных усилителей (оу)

4.1. Цель работы

Исследование амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик активных фильтров на основе операционных усилителей.

4.2. Задание на работу

Во многих электрических, радиотехнических, и телеметрических системах и устройствах необходимо выделять узкополосные составляющие. Сигналы заданной частоты или заданной полосы частот выделяют при помощи частотных электрических фильтров.

К частотным электрическим фильтрам предъявляются два основных требования. В одной области частот, которая называется полосой пропускания (или полосой прозрачности), составляющие частотного спектра выделяемого сигнала не должны ослабляться, а в другой, называемой полосой задерживания (заграждения, подавления, режекции), их ослабление (затухание) должно быть не меньше определенного значения.

Фильтр считают идеальным, если в полосе пропускания ослабление отсутствует и фазово-частотная характеристика линейна (при этом условии нет искажения формы сигналов), а вне полосы пропускания все частотные составляющие полностью подавляются.

На одном ОУ достаточно просто реализуется фильтр второго порядка. Для реализации фильтров нижних частот, верхних частот и полосовых широкое применение нашла схема фильтра второго порядка Саллена-Ки. На рисунке 1 приведен ее вариант для ФНЧ.

а)

б)

в)

Рис. 1. Схемы активных фильтров 2-го порядка на ОУ:

а) ФНЧ; б) ФВЧ; в) полосовой.

3.3. Порядок выполнения работы

Для исследования активных фильтров необходимо:

- измерить АЧХ фильтра.

• Используя исходные данные работы № 2 рассчитать значения частоты среза – f_В.

• Загрузить программу Multisim.

• В окне программы составить схему, изображенную на рисунке 1а и задать номиналы соответствующих элементов (сопротивление и емкость) согласно таблице 1.

• К входу схемы подключить источник переменного напряжения (источник напряжения AC). Установить напряжение генератора U_ген = 1В и минимальную частоту, находящуюся в полосе пропускания фильтра (f_min << f_В).

• Произвести исследование АЧХ фильтра с помощью вольтметра.

• К выходу фильтра подключить вольтметр и установить его в режиме переменного тока (AC).

• Произвести измерение напряжения на выходе фильтра в диапазоне частот: f_min - f_max, где f_max – частота, находящаяся в полосе задерживания фильтра (f_max >> f_В). Измерение производится включением режима моделирования кнопкой «Пуск». Вольтметр покажет эффективное значение выходного напряжения U_вых, которое надо занести в таблицу 1 и посчитать экспериментальное значение коэффициента передачи.

Примечание:

Изменять частоту генератора можно так, чтобы выходное напряжение изменилось примерно на 8 – 12% от предыдущего значения. При таком шаге изменения частоты входного сигнала вся кривая разбивается примерно на 10 уровней, по которым будет построена АЧХ. Значение частоты всегда можно откорректировать.

• По результатам измерений построить АЧХ.

- измерить ФЧХ фильтра.

• Подключить двухканальный осциллограф на выход фильтра

Примечание:

При снятии ФЧХ нужно восстановить значения входного напряжения и частоты генератора сигнала, записанные в таблице 1. Это значит, что ФЧХ будет измеряться в идентичных условиях, что и АЧХ.

• Установить цвета проводников сигналов – входного красным, выходного – синим. Для этого щелкнуть ПКМ по проводнику, в открывшемся меню выбрать «Цвет сегмента». Затем, в появившемся окне выбрать нужный цвет.

• Открыть переднюю панель осциллографа. В блоке «Развертка» установить соответствующее значение для шкалы us/Div и режим Y/T, в каналах «A» и «B» установить одинаковую чувствительность 100 v/div в режиме переменного тока AC. В блоке «Синхронизация» включить режим «Авто».

• Произвести измерение сигналов включением режима моделирования кнопкой «Пуск».

• Подвести красную и синюю визирные линии в точки максимальных значений соответственно входного и выходного сигналов:

• В правом нижнем окне прочитать разность (T2 –T1), равную смещению сигналов по оси времени. Результаты измерений занести в таблицу 2 и произвести расчет фазы от частоты по зависимости:

• По результатам измерений построить ФЧХ.

• Выполнить проверку полученных данных с помощью анализа фильтра в режиме АС.

Варианты задания: использовать варианты работы 2.