Filtry. Przemysław Barański. 7 października 2012

Transkrypt

1 Filtry Przemysław Barański 7 października 202

2 2 Laboratorium Elektronika - dr inż. Przemysław Barański Wymagania. Sprawozdanie powinno zawierać stronę tytułową: nazwa przedmiotu, data, imiona i nazwiska osób wykonujących. 2. Sprawozdanie powinno zawierać: (a) schematy (b) obliczenia (c) wykresy (d) wymagane komentarze i wnioski 2 Wprowadzenie 2. Miara decybelowa Przy rozważaniu filtrów i wzmacniaczy, bardzo pomocną wielkością jest miara decybelowa. Wzmocnienie napięciowe w db definiuje się następująco: A [db] = 20 log U W Y U W E 2.2 Częstotliwość graniczna filtru Częstotliwością graniczną filtru nazywamy taką częstotliwość dla której napięcie na wyjściu filtru maleje o 3dB w stosunku do swojej wartości maksymalnej. Częstotliwość graniczną oznaczamy przez f g lub f 3dB. 2.3 Ćwiczenie. Dlaczego używa się miary decybelowej? 2. Uzupełnij poniższą tabelkę:

3 Laboratorium Elektronika - dr inż. Przemysław Barański 3 U W Y U W E nr A - [db] Zwróć uwagę na obliczenia nr 7, 8, ponieważ będą przydatne w dalszej części ćwiczenia. 3 Filtry RC 3. Filtr RC nr. Zbuduj układ jak na poniższym rysunku: Uwaga: Źródło V jest typu VAC.

4 4 Laboratorium Elektronika - dr inż. Przemysław Barański 2. Przeprowadź analizę częstotliwościową układu. W tym celu wejdź w opcje ustawiania typu symulacji, a następnie wprowadź parametry jak na poniższym rysunku: 3. Umieść wykresy napięcia wyjściowego (napięcie na kondensatorze C) dla dwóch typów skali: (a) podwójnie liniowej tj. oś Y oraz oś X są w skali liniowej (b) podwójnie logarytmicznej tj. oś Y oraz oś X są w skali logarytmicznej 4. Jaki jest to typ filtru: dolnoprzepustowy, górnoprzepustowy, środkowoprzepustowy czy środkowozaporowy? 5. Który typ wykresu umożliwia wizualizację dla szerokiego zakresu napięć i częstotliwości? 6. Znajdź na wykresie częstotliwość spadku 3 decybelowego, tj A = 3dB. 7. Porównaj częstotliwość spadku 3 decybelowego wyznaczonego z wykresu, z częstotliwością graniczną wyznaczoną ze wzoru: f 3dB = 2π R C 8. Zastanów się nad działaniem filtru: (a) Jaki jest wzór na uogólniony dzielnik napięcia? Skorzystaj z impedancji zespolonych.

5 Laboratorium Elektronika - dr inż. Przemysław Barański 5 (b) Czy impedancja kondensatora maleje czy rośnie ze wzrostem częstotliwości? (c) Korzystając z powyższych podpowiedzi wyjaśnij działanie filtru. 9. *(dla chętnych) wyprowadź wzór na częstotliwość spadku 3 decybelowego oraz narysuj wykres wskazowy dla napięć. 3.2 Filtr RC nr 2. Zbuduj filtr górnoprzepustowy o częstotliwości granicznej 20Hz 2. Zamieść schemat układu. 3. Zamieść wykres napięcia wyjściowego w funkcji częstotliwości dla skali podwójnie logarytmicznej. 4. Odczytaj z wykresu częstotliwość graniczną. 5. Czy odczytana częstotliwość zgadza się ze wzorem? 6. Gdzie taki rodzaj filtru jest stosowany? 7. Wyjaśnij działanie filtru. 4 Filtry LC 4. Szeregowa sekcja LC nr. Zbuduj układ wg poniższego schematu: 2. Zmień górną częstotliwość analizy do 0MHz (0meg!!!).

6 6 Laboratorium Elektronika - dr inż. Przemysław Barański 3. Umieść wykres w skali podwójnie logarytmicznej. 4. Z wykresu wyznacz częstotliwości graniczne (częstotliwości 3 decybelowe). 5. Umieść te częstotliwości na wykresie. 6. Odczytaj z wykresu częstotliwość najmniejszego spadku napięcia wyjściowego, a następnie porównaj ją z częstotliwością wyznaczoną ze wzoru: f C = 2π LC 7. Zmień wartość rezystora R na 00Ω i powtórz powyższe punkty. 8. Jaki jest to typ filtru? 9. Wyjaśnij działanie układu. 4.2 Szeregowa sekcja LC nr 2. Korzystając z szeregowej sekcji LC zbuduj filtr środkowo-zaporowy o częstotliwości środkowej 50Hz. Filtr ten nazywany jest czasami filtrem pułapka 50Hz. 2. Umieść schemat układu. 3. Do czego można użyć takiego filtru? 4. Umieść wykres w skali podwójnie logarytmicznej. 5. Zaznacz na wykresie częstotliwości 3 decybelowe. 6. Zaznacz na wykresie częstotliwość największego spadku, oraz porównaj ją z częstotliwością wyznaczoną ze wzoru: f C = 2π LC 7. Wyjaśnij działanie układu. 4.3 Równoległa sekcja LC. Korzystając z równoległej sekcji LC zaprojektuj filtr środkowoprzepustowy, który wybierze częstotliwości w obrębie częstotliwości 0kHz. 2. Umieść schemat układu. 3. Umieść wykres w skali podwójnie logarytmicznej. 4. Zaznacz na wykresie częstotliwości 3 decybelowe

7 Laboratorium Elektronika - dr inż. Przemysław Barański 7 5. Zaznacz na wykresie częstotliwość najmniejszego spadku, oraz porównaj ją z częstotliwością wyznaczoną ze wzoru: f C = 2π LC 6. Do czego można wykorzystać taki typ filtru? 7. Wyjaśnij działanie układu.