УТС 4 семестр / ЛР4 ТИПОВЫЕ СХЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра САПР

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: Типовые схемы с использованием операционных усилителей

Студенты гр. 8391		Гоглев А.А.
		Шушков Д.А.
		Маликов А.А.
Преподаватель		Андреев В.С.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы

Ознакомиться с принципами работы операционных усилителей и активных фильтров, построенных на их основе. Исследовать схемы фильтров нижних частот Баттерворта и Бесселя, построенные на базе операционного усилителя LM741CN.

Задачи

1. Построить компьютерные модели активных фильтров нижних частот Баттерворта 2 порядка и Бесселя 4 порядка в среде NI Multisim. Частоты среза фильтров должны совпадать и принадлежать диапазону [100; 10000] Гц.; 

2. Исследовать реакцию моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа; 

3. Построить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазо-частотные характеристики (ФЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде;

4. Сравнить АЧХ и ФЧХ моделей фильтров между собой и с RC фильтром нижних частот с той же частотой среза;

5. Сделать выводы по проделанной работе.

Основные теоретические положения

Ф ильтр Баттерворта — обладает самой плоской характеристикой в полосе пропускания, но имеет плавный спад. Фильтр Чебышева — обладает самым крутым спадом, но у него самые неравномерные характеристики в полосе пропускания. Фильтр Бесселя — имеет хорошую фазо-частотную характеристику и вполне «приличный» спад. Считается лучшим выбором, если нет специфического задания.

Рис. 1. Коэффициенты для построения активных фильтров «табличным» методом

Экспериментальные результаты

1. Построить компьютерные модели активных фильтров нижних частот Баттерворта 2 порядка и Бесселя 4 порядка в среде NI Multisim.

Фильтр Баттерворта 2 порядка:

Значения нижнего резистора обратной связи берется произвольно:

, а значение верхнего находится по формуле:

Построим данную схему:

Рис. 2. ФНЧ Баттерворта 2 порядка

Рис. 2. ФНЧ Бесселя 4 порядка

Фильтр Бесселя 4 порядка:

Расчет первого каскада:

Значения нижнего резистора обратной связи берется произвольно:

, а значение верхнего находится по формуле:

Расчет второго каскада:

Значения нижнего резистора обратной связи берется произвольно:

, а значение верхнего находится по формуле:

Рис. 3. ФНЧ Бесселя 4 порядка

Построим данную схему:

2. Исследовать реакцию моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа 

Рис. 4. Осциллограмма фильтра Баттерворта при подаче синусоидального сигнала

Рис. 5. Осциллограмма фильтра Баттерворта при подаче сигнала

из прямоугольных импульсов

Рис. 6. Осциллограмма фильтра Бесселя при подаче синусоидального сигнала

Рис. 7. Осциллограмма фильтра Бесселя при подаче сигнала

из прямоугольных импульсов

3. Построить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазо-частотные характеристики (ФЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде

\

Рис. 8. АЧХ фильтра Баттерворта

Рис. 9. ФЧХ фильтра Баттерворта

Рис. 10. АЧХ фильтра Бесселя

Рис. 11. ФЧХ фильтра Бесселя

4. Сравнить АЧХ и ФЧХ моделей фильтров между собой и с RC фильтром нижних частот с той же частотой среза

П остроим данную схему:

Рис. 12. RC-фильтр нижних частот

Рисунок 1

Рис. 13. Осциллограмма RC-фильтра

Рис. 15. ФЧХ RC-фильтра

Рис. 14. АЧХ RC-фильтра

Вывод

Мы построили компьютерные модели активных фильтров нижних частот Баттерворта 2 порядка и Бесселя 4 порядка с частотой среза 10 кГц в среде NI Multisim и сравнили их с RC-фильтром нижних частот. Сравнение показало, что фильтры, построенные на ОУ более качественные (имеют более крутой спад частоты), чем ФНЧ RC-фильтра.