Активные RC-фильтры (ARC-Ф)
НТУУ
«КПИ»
Факультет
электроники
Лабораторная
работа №3
Активные
RC-фильтры (ARC-Ф)
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.
. 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".
. 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
|
φ,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
|
|
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
|
φ
|
|
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
|
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
|
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
|
-
|
|
Δf, Гц
|
-
|
Δf, 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
|
13
|
10,6
|
13,3
|
|
fc,Гц
|
460
|
750
|
220
|
АЧХ фильтров
ФЧХ фильтров
Амплитудные характеристики ARC
- фильтров
