Частотні фільтри електричних сигналів пасивні фільтри - привіт студент!
ЗВІТ з лабораторної №3
Частотні фільтри електричних сигналів: пасивні фільтри
Частотні фільтри електричних сигналів (далі фільтри) призначені для підвищення завадостійкості різних електронних пристроїв і систем, в тому числі і систем управління на їх основі. вони широко
застосовуються в автоматиці, радіотехніці, вимірювальної техніки, техніки зв'язку, електронної обчислювальної техніки і т.д. Фільтри забезпечують виділення сигналу з перешкод при наявності відмінностей в їх частотних діапазонах / 1 /, / 2 /, / 3 /, / 4 /, / 5 /.
Ідеальні фільтри не послаблюють сигнал в смузі пропускання і повністю виключають проходження сигналу в смузі затримання, володіючи нескінченно великою крутизною амплітудно-частотної характеристики на частоті зрізу.
Аналогічні параметри реальних фільтрів кінцеві і залежать як від застосовуваних електро-радіо елементів (надалі- елементів схеми або просто- елементів), так і від схемотехнічних рішень.
Класифікують фільтри в основному, з огляду на:
- вид амплітудно-частотної характеристики (в залежності від смуги
пропускання і смуги затримання);
- структуру схеми (Г-, Т-, П- структури і т.д.);
- застосовувані елементи (RC - фільтри, LC - фільтри, кварцові
фільтри, електромеханічні фільтри і т.д.);
- особливості побудови схем паралельного і послідовного
плеча (фільтри типу К іM);
- відсутність або наявність у схемі фільтра джерела енергії (пасивні та активні фільтри) і т.д.
Метою роботи є закріплення навичок і знань, отриманих студентом на аудиторних заняттях, а так само оцінка вміння студента застосовувати ці знання при самостійному вирішенні конкретної задачі.
- засвоєння відповідних понять і термінів;
- отримання навичок з розрахунку найпростіших фільтрів;
- отримання навичок розробки та оформлення конструкторської
- отримання навичок роботи з науково-технічною літературою.
1 Амплитудно-частотні характеристики фільтрів
По виду амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) фільтри підрозділяються в такий спосіб:
- фільтри нижніх частот (ФНЧ);
- фільтри верхніх частот (ФВЧ);
Фільтри нижніх частот пропускають сигнали з частотами нижче частоти
зрізу і виключають проходження сигналів з частотами вище частоти зрізу.
Фільтри верхніх частот пропускають сигнали з частотами вище частоти
зрізу і виключають проходження сигналів з частотами нижче частоти зрізу.
Смугасто-пропускають фільтри (смугові фільтри, фільтри зосередженої селекції) пропускають сигнали з частотами в діапазоні між заданими частотами зрізу, виключаючи проходження сигналів з частотами поза цього діапазону частот.
Смугасто-заграждающие (режекторние) фільтри виключають проходження сигналів з частотами в діапазоні між заданими частотами зрізу, пропускаючи сигнали з частотами поза цього діапазону частот.
2 Пасивні фільтри
Пасивні фільтри реалізуються на основі пасивних елементів-резисторів, конденсаторів і котушок індуктивності. Такі фільтри прості в реалізації, не вимагають джерел живлення елементів фільтрів, реалізуються в
широкому діапазоні частот (від інфразвукових частот до ультракороткохвильової діапазону радіочастот), володіють великим динамічним діапазоном.
Але при реалізації пасивних фільтрів слід враховувати, що на їх
елементах розсіюється енергія сигналу. Тому необхідно враховувати ослаблення корисного сигналу в смузі пропускання пасивного фільтра, яке
збільшується при збільшенні числа ланок фільтра. При цьому ослаблення
корисного сигналу в смузі пропускання більше у фільтрів, реалізованих на
резисторах і конденсаторах, ніж у фільтрів, реалізованих на котушках індуктивності і конденсаторах. Тому багатоланкові пасивні фільтри реалізують в основному на котушках індуктивності і конденсаторах.
3 Структури схем фільтрів
За своєю структурою схеми фільтри підрозділяються на фільтри Г-, Т- і
П структур. Найпростішим є фільтр Г- структури (рісунок1).
Малюнок 1структурние схеми фільтрів
Перехід до інших структур фільтрів здійснюється за рахунок додавання в схему фільтра Г - структури додаткового елемента.
Модель фільтра Т структури складається з трьох схемних елементів.
При зміні схеми їх з'єднання можна отримати модель фільтра П - структури.
Одна з відмінностей фільтрів Т- і П- структур полягає в характері їх
вхідних і вихідних опорів і зміни їх з частотою, що необхідно враховувати при проектуванні конкретних електронних пристроїв.
Зазначені типи фільтрів можуть застосовуватися як у вигляді первинної
простої структури, так і у вигляді ланцюжка, складеної з кількох простих
структур, кількість яких залежить від необхідної селективності фільтра.
4 Фільтри на основі резисторів і конденсаторів
Фільтри, побудовані на основі резисторів (R) і конденсаторів (C) умовно називають RC - фільтрами. Вони мають порівняно невисокою селективністю через використання в своєму складі тільки одного елемента, опір якого залежить від частоти сигнальних токов- конденсатора. В
Водночас RC-фільтри прості в реалізації, мають малі габарити і
дешевизною. Це дозволяє використовувати їх у багатьох випадках, коли не
потрібна висока селективність і сигнал має досить великий
енергією, так як необхідно враховувати втрати на активному опорі
резистора. Застосовують RC - фільтри в основному в діапазонах інфразвукових і
звукових частот, іноді і на більш високих частотах. У малопотужних джерелах живлення електронної апаратури їх використовують для фільтрації випрямленої напруги. В підсилювачах вони застосовуються в ланцюгах межкаскадних
зв'язків, в ланцюгах корекції амплітудно-частотної характеристики, в
розв'язують фільтрах по ланцюгах харчування. У цих же діапазонах частот RC-фільтри використовують в системах управління для фільтрації сигналів від
датчиків стану об'єктів управління.
5 Фільтри на основі котушок індуктивності і конденсаторів
Фільтри, побудовані на основі котушок індуктивності (L) і конденсаторів (C) умовно називають LC - фільтрами. Вони мають більш високу селективність в порівнянні з RC - фільтрами через використання в своєму складі двох елементів, опір яких залежить від частоти сигнальних
токов- конденсатора і котушки індуктивності. LC - фільтри мають менший загасанням в смузі пропускання і великим загасанням в смузі затримання в порівнянні з RC-фільтрами.
Застосовують LC - фільтри в основному в ультразвуковому та радіочастотний діапазонах, в яких вони мають прийнятними габаритами. Хоча в тих
випадках, коли RC - фільтри не забезпечують необхідної селективності,
LC - фільтри використовують і в діапазоні звукових частот.
Частотна вибірковість (селективність) LC - фільтрів дозволяє з їх
допомогою вирішувати проблеми частотного поділу каналів в багатоканальних
системах зв'язку. Це необхідно, зокрема, для реалізації частотного ущільнення каналів зв'язку під час здійснення телеуправління складними територіально-розподіленими технологічними об'єктами. При використанні телеуправління по каналах радіозв'язку LC - фільтри дозволяють забезпечити необхідну стійкість.
При реалізації LC - фільтрів слід враховувати їх деякі специфічні особливості. Це більш висока трудомісткість виготовлення і велика вартість котушок індуктивності в порівнянні з резисторами і конденсаторами. До того ж LC - фільтри, що використовують котушки індуктивності з
феромагнітними сердечниками мають менший динамічним діапазоном через свою нелінійності. Для виключення паразитних зв'язків і наводок
котушки індуктивності фільтрів необхідно екранувати.
6 Порядок виконання роботи
6.1 Вихідні дані:
RC - фільтр ФНЧ П - структури; частота зрізу; ємність конденсатора С = 82,3 нФ.
6.2 Лабораторний стенд:
Лабораторний стенд призначений для дослідження пасивних частотних фільтрів електричних сигналів.
Рисунок 2 - Структурна схема лабораторного стенду
ФГ - функціональний генератор
ФНЧ - фільтр низьких частот
ММ - мультиметр
ВМ - вольтметр
6.3 Розрахунок параметрів елементів фільтра за вихідними даними
6.4 Модель дослідження фільтра
У даній лабораторній роботі був змодельований лабораторний стенд для вивчення закономірностей функціонування фільтра RC ФНЧ Г-структури. За допомогою віртуального стенду були проведені вимірювання коефіцієнта передачі фільтра при різній частоті сигналу. На основі отриманих експериментальних даних був побудований графік АЧХ.
Завантажити: Ви не маєте доступу до скачування файлів з нашого сервера ЯК ТУТ скачували