МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра САПР ОТЧЕТ по лабораторной работе №1 по дисциплине «Схемотехника» Тема: Исследование RC-фильтров нижних и верхних частот во временной и частотной областях. Студенты гр. 0302 Иванников Е.К. Фёдоров С.Б. Логунов О.Ю. Преподаватель Андреев В.С. Санкт-Петербург 2022 Цель работы Исследование RC-фильтров нижних и верхних частот во временной и частотной областях. Задачи 1. Построить компьютерные модели RC-фильтров нижних и верхних частот в среде NI Miltisim; 2. Исследовать реакцию моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа; 3. Построить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) 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, 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) цепи показывает зависимость уровня сигнала на выходе данного устройства от частоты передаваемого сигнала при постоянной амплитуде синусоидального сигнала на входе этого устройства. Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) – это зависимость сдвига по фазе между синусоидальными сигналами на входе и выходе устройства от частоты входного колебания. Коэффициент передачи – это отношение напряжения на выходе цепи к напряжению на ее входе. Если коэффициент передачи больше единицы, то 1 электрическая цепь усиливает входной сигнал, если же меньше единицы, то ослабляет. Полоса пропускания – это диапазон частот, в пределах которого АЧХ радиотехнической цепи или устройства достаточно равномерна, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы. Определяется по уровню 0,707 от максимального значения АЧХ. Для RC-цепи ее можно найти по формуле: 𝑓среза = 1 2𝜋𝑅𝐶 Возможны два вида включения RC цепочки: Интегрирующая и дифференцирующая. Они же фильтр низких частот и фильтр высоких частот. Фильтр верхних частот (ФВЧ) – электрическая цепь, эффективно пропускающая частотный спектр сигнала выше частоты среза, и подавляющая сигнал ниже этой частоты. Фильтр нижних частот (ФНЧ) – электрическая цепь, эффективно пропускающая частотный спектр сигнала ниже определённой частоты, называемой частотой среза, и подавляющая сигнал выше этой частоты. Рис. 1 RC-цепь ФВЧ (а) и ФНЧ (б) 2 Экспериментальные результаты 1. Построить компьютерные модели RC-фильтров нижних и верхних частот в среде NI Multisim; Построили компьютерные модели RC-фильтров нижних (рис. 2) и верхних (рис. 3) частот в среде NI Multisim Рис. 2 Фильтр нижних частот 3 Рис. 3 Фильтр верхних частот 2. Исследовать реакцию моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа; Исследовали реакцию моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа. Рис. 4 Показания осциллографа на ФНЧ 4 Рис. 5 Показания осциллографа на ФВЧ 3. Построить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде; Построили амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде. Рис. 6 АЧХ фильтра нижних частот Рис. 7 АЧХ фильтра верхних частот 5 4. Сконструировать схемы RC-фильтров нижних и верхних частот из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS; Сконструировали 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; Повторили со схемами RC- фильтров пункты 2 и 3, используя осциллограф и плоттер Боде учебной станции NI ELVIS. Рис. 8 Показания осциллографа на ФНЧ 6 Рис. 9 Показания осциллографа на ФВЧ Рис. 10 АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот 7 Рис. 11 АЧХ и ФЧХ фильтра верхних частот Вывод В ходе лабораторной работы были изучены и промоделированы RC-фильтры верхних и нижних частот. 8
