МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра Систем автоматизированного проектирования
отчет
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Схемотехника»
Тема: RC-цепи
Студенты гр. 8391 ________________ Гоглев А.А.
________________ Маликов А.А.
________________ Шушков Д.А.
Преподаватель ________________ Андреев В.С.
Санкт-Петербург
2020
Цель работы
Исследование фильтров низких и высоких частот.
Задачи
1) построить компьютерные модели RC-фильтров нижних и верхних частот в среде NI Multisim; 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) сконструировать схемы RC-фильтров нижних и верхних частот из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS; 5) повторить со схемами RC-фильтров пункты 2 и 3 используя осциллограф и плоттер Боде учебной станции NI ELVIS; 6) сравнить характеристики компьютерных моделей и сконструированных схем и сделать выводы по проделанной работе.
Основные теоретические положения
Фильтры высоких и низких частот — электрические цепи, состоящие из элементов, обладающих нелинейной АЧХ, имеющих разное сопротивление на разных частотах.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — зависимость амплитуды выходного сигнала некоторой системы от частот ее входного гармонического сигнала.
Частота среза — частота, на которой происходит спад амплитуды выходного сигнала фильтра в 0,7 раз от входного сигнала. Определяется по формуле:
Фильтр низких частот.
Рис.1 – Схема фильтра низких частот.
Рис.2 – Осциллограмма схемы фильтра низких частот.
На рисунке 1 показан фильтр низких частот. Для обеспечения точности фильтра необходимо, чтобы значение сопротивления элементов фильтра было приблизительно на два порядка меньше сопротивления нагрузки, подключаемой к выходу фильтра. С уменьшением этой разницы качество фильтра ухудшается. Связано это с тем, что сопротивление нагрузки влияет на качество частотного фильтра.
При подключении фильтров к источникам переменного напряжения на Bode Plotter наблюдаем график амплитудно-частотной характеристики для фильтра низких частот (рисунок 3).
Рис.3 – Амплитудно-частотная характеристика для фильтра низких частот Bode Plotter.
Рис.4 – Осциллограмма схемы фильтра низких частот, собранного на макетной плате.
Рис.5 – Амплитудно-частотная характеристика для фильтра низких частот, снятая на практике.
Частота среза на практике приблизительно равна 1.58 кГц.
R = 250 Ом.
С = 4 мкФ.
Рассчитаем теоретическую частоту среза по формуле:
Разница частот среза при моделировании (1.57 кГц) и на практике (1.59 кГц) незначительна, величины приблизительно равны.
Фильтр высоких частот.
Рис.6 – Схема фильтра высоких частот.
Рис.7 – Осциллограмма схемы фильтра высоких частот.
Рис.8 – Осциллограмма схемы фильтра высоких частот с частотой среза 100 Гц.
Рис.9– Амплитудно-частотная характеристика для фильтра высоких частот Bode Plotter.
Рис.9 – Амплитудно-частотная характеристика для фильтра высоких частот, снятая на практике.
Частота среза приблизительно равна 100 Гц, тогда как теоретические ожидания равны 109.5 Гц. Расхождение возможно из-за неточности проведения лабораторной работы или неисправности компонентов установки.
Вывод
В ходе лабораторной работы была исследована работа фильтров высоких и низких частот. Также были изучены АЧХ данных фильтров и частота среза в обеих схемах. Теоретические положения были подтверждены на практике.