Після проведення даного експерименту Ви зможете розраховувати частоту відсічення резистивної-ємнісних фільтрів нижніх і верхніх частот, а також познайомитеся з впливом змін частоти на вихідну напругу.
один дисковий конденсатор 0.01 мкФ, один резистор 15 кОм.
Фільтр - це частотночувствітельная схема, вихідна амплітуда якої варіює залежно від частоти на вході.
Фільтр нижніх частот - це такий фільтр, який пропускає частоти менше деякої певної частоти відсічення (fco), але пригнічує ті частоти, які більше частоти відсічення. Фільтр верхніх частот - це такий фільтр, який пропускає частоти, які більше деякої певної частоти відсічення, але пригнічує
ті частоти, які менше частоти відсічення. На малюнку 23-1 представлені вихідні характеристики фільтра нижніх частот і фільтра верхніх вчащає.
Фільтри нижніх і верхніх частот можуть бути реалізовані різними способами. Найпростіший фільтр - це резистор і конденсатор, з'єднані між собою, як показано на малюнку 23-2.
Ключовою характеристикою фільтра нижніх частот або фільтра верхніх частот є його частота відсічення (fco). Як Ви можете бачити на підставі малюнка 23-1, частота відсічення - це така частота, де вихідна напруга фільтра падає до 70,7% від його максимально можливого вихідної напруги. У фільтрі нижніх частот вихідна напруга залишається відносно постійним у міру того, як зростає вхідна частота. З наближенням до частоті відсічення вихідна напруга починає зменшуватися. Коли досягається частота відсічення, вихідна напруга знижується до 70,7% від його максимально можливого значення. Вихідна напруга продовжує спадати в міру зростання частоти.
У фільтрі верхніх частот вихідна напруга має максимальне значення, коли вхідна частота з запасом перевищує частоту відсічення. Коли вхідна частота поступово зменшується, вихідна напруга знижується в міру наближення до частоти відсічення. Коли досягається частота відсічення, вихідна напруга знижується до 70,7% рт його максимально можливого-значення. Вихідна напруга продовжує спадати в міру подальшого зменшення вхідної частоти.
У фільтрі нижніх частот сигнали з частотою
нижче fco пропускаються без ослаблення або лише з незначним ослабленням; сигнали з, частотою вище fco швидко послаблюються. У фільтрі верхніх частот сигнали з частотою нижче fco значно пригнічуються, тоді як сигнали з частотою
вище fco, пропускаються з мінімальним опором. Знову зверніться до малюнка 23-1.
Частота відсічення простого резистивної-ємнісного фільтра, подібного показаному-на малюнку 23-2, обчислюється за допомогою такої формули:
Приклад: Якщо R = 3,3 кОм і С = 0,15 мкФ, частота відсічення дорівнює:
fco = 1 / 6,28 (3300) (0,15 х 10 ^ -6)
В даному експерименті Ви познайомитеся з дією резистивної-ємнісних фільтрів верхніх і нижніх частот. Оскільки на даний момент у Вас немає коштів для точного вимірювання частоти, може бути отримано лише загальне уявлення про роботу фільтра. Проте, Ви зможете чітко показати, що зазначені фільтри дійсно пропускають деякі частоти з мінімальним ослабленням, тоді як інші частоти ними сильно пригнічуються.
1. Обчисліть частоту відсічення фільтра нижніх частот, показаного на малюнку 23-3.
2. Зберіть схему, показану на малюнку 23-3,
за допомогою Вашої макетної панелі. Підключіть резистивної-ємнісний фільтр до входу генератора функцій.
3. Встановіть регулятор частоти генератора функцій на частоту 10 Гц. Після цього повертайте регулятор амплітуди, щоб подати напругу з розмахом 4 В до схеми.
4. Далі виміряйте вихідна напруга фільтра на конденсаторі. -апішіте отримане значення.
Вихідна напруга фільтра = ___ В
5. Підключіть осцилограф до конденсатора фільтра. При спостереженні за вихідним напругою повертайте ручку регулятора частоти, щоб збільшити частоту до 1000 Гц. Збільшується або зменшується вихідна напруга?
6. Базуючись на вхідному значенні в кроці 3, обчисліть значення вихідної напруги при частоті відсічення.
Напруга на частоті
відсічення = ________ В
7. Подавайте за допомогою генератора функцій синус сигнал в схему на кожній з частот, зазначених у наведеній нижче таблиці Встановіть розмах напруги на вході схеми рівним 4 В. В процесі зміни частот
знову проконтролюйте вхідна напруга, щоб переконатися, що воно все ще має розмах 4 В. Виміряйте вихідна напруга фільтра на кожній частоті і записуйте Ваші результати в наступну таблицю.
8. Побудуйте на підставі Ваших даних графік частотної характеристики на полулогарифмической папері.
9. Тепер зберіть схему фільтра верхніх частот, показаного на малюнку 23-4.
10.Определіть частоту відсічення фільтра верхніх частот на малюнку 23-4.
11.Настройте частоту регулятором генератора функцій на 10 Гц і величину розмаху напруги на 4 В.
12.Наблюдайте вихідна напруга фільтра на резисторі 1 кОм. Спостерігаючи за вихідним напругою на екрані осцилографа, підвищуйте частоту на виході генератора функцій аж до 10кГц. -аметьте, як змінюється вихідна напруга в міру підвищення частоти. Поясніть ці зміни.
13. Як змінюється вихідна напруга з підвищенням частоти?
14. Подавайте за допомогою генератора функцій синус сигнал в схему на кожній з частот, зазначених у наведеній нижче таблиці. Встановіть розмах напруги на вході схеми рівним 5 В. У процесі зміни частоти при необхідності підтримуйте на вході схеми величину розмаху 5 В. Виміряйте вихідна напруга фільтра на резисторі для кожної частоти і записуйте Ваші результати в таблицю.
15.Постройте на підставі Ваших табличних даних графік частотної характеристики на полулогарифмической міліметрівці, як Ви це робили в разі фільтра нижніх частот.
1. Резистивний-ємнісний фільтр нижніх частот має частоту відсічення 23222 Гц. Сигнал з частотою 5,5 кГц при цьому:
а) пропускається фільтром,
б) пригнічується фільтром.
2. Резистивний-ємнісний фільтр верхніх частот має частоту відсічення 15 кГц. Який сигнал при цьому пропускається? а) 6,7 кГц,
3. Сигнал на вході фільтра нижніх частот має розмах 5 В. Тоді вихідна напруга на резонансній частоті буде дорівнювати:
4. Фільтр нижніх частот має компоненти з величинами R = 4,7 кОм і С = 0,1 мкФ. Частота відсічення такого фільтра дорівнює:
5. Усередині мультиметра є внутрішня схема, яка змушує мультиметр діяти як:
а) фільтр нижніх частот, 6> фільтр верхніх частот.