ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 33
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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.