Частотный анализ пассивных электрических цепей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет - Электрофизический

Направление - Электроника и микроэлектроника

Кафедра - Промышленной и медицинской электроники

«Частотный анализ пассивных электрических цепей»

Отчет по лабораторной работе №2

по дисциплине: Теория электрических цепей

Студент гр. 1А61 А.А. Бухаркин

Преподавательдоц. Ярославцев Е.В.

Томск 2008

Введение

Цель работы: углубленное освоение студентами теоретических положений темы «Частотный анализ пассивных электрических цепей» путем экспериментального исследования широко распространенных на практике RC-цепей различного назначения; дальнейшее развитие практических навыков работы с электроизмерительной аппаратурой, используемой при снятии амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик; усвоение приемов, методов и способов обработки, представления и интерпретации результатов проведенных исследований.

Программа работы:

Подготовка к работе электроизмерительного оборудования.

Исследование фильтра нижних частот:

Собрать ФНЧ;

Установить на первом выходе генератора Г3 - 109 Uг=1В;

Подключить к входу исследуемой цепи Uг и первый канал осциллографа, отрегулировать это значение при помощи ЦВ;

Подключить второй канал осциллографа и ЦВ к выходу исследуемой цепи;

Определить коэффициент передачи цепи и фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами на граничной частоте.

Рассчитать значения входного тока и модуля входного сопротивления на граничной частоте.

Измерить фазовый сдвиг между входным током и входным напряжением на граничной частоте.

Снять сфазированные диаграммы сигналов Uвх, Iвх, Uвых на граничной частоте.

зафиксированные одновременно значения КU и цКu.

Исследование фильтра верхних частот:

Собрать ФНЧ.

Провести экспериментальные исследования ФВЧ в последовательности, изложенной в п.2.

Схемы, перечисленные ниже, исследуются аналогично:

Исследование полосового RС-фильтра.

Исследование заградительного RС-фильтра (2Т-мост).

Исследование трехзвенных фазирующих RС-цепей:

Исследовать трехзвенную фазирующую цепь C-параллель;

Исследовать трехзвенную фазирующую цепь R-параллель;

При этом увеличить входное напряжение до 10 В, откорректировав это значение с помощью ЦВ.

Обработка результатов экспериментальных исследований.

1. Сопротивления и емкости используемых элементов

R=10 КОм; С=18 нФ.

Номиналы параметров компонентов используемых для выполнения дополнительных пунктов работы: R=5.1 КОм; С=18 нФ.

Точные сопротивления резисторов используемых в лабораторной работе:

R1 =	9.92 КОм
R2 =	10.0 КОм
R3 =	9.97 КОм
R4 =	9.82 КОм

2. Исследование фильтра нижних частот

Схема фильтра нижних частот:

Определение квазирезонансной частоты:

Передаточные характеристики цепи на граничной частоте:

измеренное напряжение на резисторе:



расчет входного тока и модуля входного сопротивления на граничной частоте:

Погрешность модуля входного сопротивления мала, что говорит об относительной точности проведенных измерений и расчетов.

Сфазированные осциллограммы ((Входной ток отличается от напряжения на резисторе только амплитудой на константу R, т.е. его форму и фазовый сдвиг можно описать напряжением на резисторе)):



Измерение фазового сдвига:

Между входным и выходным напряжениями:

Между входным напряжением и входным током:

,

угол сдвига фазы входного сопротивления практически равен теоретическому значению (), но с малой погрешностью.

Таблица 1:

f, Гц	20	200	400	600	700	750	800	840	884
Ku	0,990	0,967	0,900	0,815	0,772	0,748	0,728	0,712	0,699
цKu, ?	0	-9	-24	-36	-39	-42	-42	-45	-45

f, Гц	950	1100	1300	2000	5000	10000	100*103	200*103
Ku	0,669	0,615	0,553	0,397	0,172	0,087	0,008	0,002
цKu, ?	-48	-51	-54	-63	-78	-87	-90	-90

Характеристики, построенные по данным измерений из таблицы 1:

АЧХ

ФЧХ

измеренный равен теоретическому (), => погрешности измерений практически равны нулю.

3. Исследование фильтра верхних частот

Схема фильтра верхних частот:

Определение квазирезонансной частоты:

Передаточные характеристики цепи на граничной частоте:

Таблица 2:

f, Гц	20	200	300	400	600	800	1000	1200	1600	1735
Ku	0.012	0.122	0.183	0.237	0.332	0.424	0.502	0.570	0.677	0.705
цKu, ?	90	81	75	69	63	60	57	51	48	43.5

f, Гц	2000	2500	3000	3500	4500	7000	10000	25000	105	2*105
Ku	0.764	0.825	0.864	0.867	0.923	0.955	0.969	0.981	0.983	0.990
цKu, ?	36	30	27	23	18	12	9	3	1	1

Характеристики, построенные по данным измерений из таблицы 2:

АЧХ

ФЧХ

4. Исследование полосового RC - фильтра

Схема полосового RC - фильтра:

Определение квазирезонансной частоты:

Определение полосы пропускания эквивалентной добротности:

Передаточные характеристики цепи на граничной частоте:

Таблица 3:

f, Гц	20	100	200	300	400	550	600	700	750	885	1000
Ku	0.023	0.106	0.190	0.248	0.284	0.315	0.320	0.328	0.330	0.333	0.331
цKu, ?	-90	-72	-57	-42	-30	-21	-15	-12	-9	0	3

f, Гц	1250	1500	2000	2500	5000	10000	20000	50000	100000	200000
Ku	0.324	0.313	0.286	0.259	0.162	0.088	0.045	0.018	0.008	0.002
цKu, ?	15	21	30	42	60	75	84	90	90	90

Характеристики, построенные по данным измерений из таблицы 3:

частотный анализ пассивная электрическая цепь

АЧХ

ФЧХ

измеренный равен теоретическому (), => погрешности измерений практически равны нулю.

5. Исследование заградительного RC - фильтра(2 - Т мост)

Схема заградительного RC - фильтра:

Определение квазирезонансной частоты:



Определение полосы пропускания эквивалентной добротности:

Передаточные характеристики цепи на граничной частоте:

Таблица 4:

f, Гц	20	100	200	300	400	500	600	800	900	1000	1100
Ku	0.999	0.996	0.931	0.860	0.778	0.698	0.621	0.484	0.372	0.326	0.283
цKu, ?	0	-12	-21	-27	-36	-42	-48	-51	-54	-54	-51

f, Гц	1200	1300	1400	1500	1550	1600	1650	1700	1735	1800
Ku	0.245	0.210	0.183	0.157	0.135	0.121	0.116	0.112	0.110	0.110
цKu, ?	-51	-48	-42	-33	-24	-18	-12	-9	0	9

f, Гц	1850	1900	1950	2000	2100	2200	2300	2400	2500	2600
Ku	0.116	0.130	0.133	0.149	0.160	0.172	0.201	0.251	0.279	0.317
цKu, ?	15	18	21	30	42	48	51	54	54	57

f, Гц	2700	2900	3100	3500	4300	5000	6000	8000	10000	105	2*105
Ku	0.362	0.394	0.490	0.531	0.612	0.669	0.700	0.860	0.939	0.973	0.999
цKu, ?	57	54	51	48	39	33	24	15	12	9	0

Характеристики, построенные по данным измерений из таблицы 4:

АЧХ

ФЧХ

измеренный равен теоретическому (), => погрешности измерений практически равны нулю.

6. Исследование фазирующей цепи (C - параллель)

Схема фильтра верхних частот:

Определение квазирезонансной частоты:

Передаточные характеристики цепи на граничной частоте:

Таблица 5:

f, Гц	20	100	250	500	1000	1400	1600	1800	2000	2165
Ku	0.960	0.220	0.200	0.190	0.133	0.079	0.063	0.051	0.041	0.036
цKu, ?	0	-36	-66	-102	-135	-156	-162	-168	-174	-180

f, Гц	2500	2750	3000	3500	5000	10000	2*104	105	2*105
Ku	0.026	0.021	0.017	0.012	0.005	0.001	0.0002	0.0002	0.0002
цKu, ?	-186	-192	-198	-204	-222	-246	-263	-270	-270

Характеристики, построенные по данным измерений из таблицы 5:

АЧХ

ФЧХ

измеренный равен теоретическому (), => погрешности измерений практически равны нулю.

7. Исследование фазирующей цепи (C - параллель)

Схема фильтра верхних частот:

Определение квазирезонансной частоты:

Передаточные характеристики цепи на граничной частоте:



Таблица 6:

f, Гц	20	100	200	250	300	350	450	550	650	710
Ku	0.007	0.007	0.007	0.008	0.009	0.010	0.015	0.021	0.030	0.036
цKu, ?	270	264	258	240	228	210	207	195	186	180

f, Гц	800	900	1000	1200	1600	2000	3000	4000	6000
Ku	0.044	0.055	0.066	0.090	0.136	0.183	0.294	0.390	0.538
цKu, ?	174	165	159	150	132	120	99	90	72

f, Гц	8000	12000	18000	30000	80000	150000	200000
Ku	0.643	0.776	0.886	0.927	0.960	0.963	0.964
цKu, ?	60	48	36	21	9	6	3

Характеристики, построенные по данным измерений из таблицы 6:

АЧХ

ФЧХ

измеренный равен теоретическому (), => погрешности измерений практически равны нулю.

Вывод

Все погрешности, полученные в данной работе, не превышают, максимально допустимый предел инженерных расчетов (10 %). Полученные АЧХ и ФЧХ всех схем соответствуют теоретическим, но с некоторой погрешностью, т.е. реальные характеристики отличаются от идеальных (для 2 - Т моста это особенно заметно на полученной характеристике - она сильно искаженна относительно теоретической), что объясняется присутствием в схеме паразитных потерь, емкостей и индуктивностей.

Исследуемый полосовой фильтр низкого качества т.к. его максимальный коэффициент передачи напряжения равен 0.333. Остальные схемы имеют удовлетворительные параметры, однако заградительный RC - фильтр на квазирезонансной частоте пропускает сигнал, но очень сильно его ослабевает - .

Размещено на Allbest.ru