Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

Transkrypt

1 . el ćwiczenia. Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy elem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości filtrów aktywnych, metod ich projektowania oraz pomiaru podstawowych parametrów filtru.. Budowa układu. Na rys.a przedstawiono schemat układu z wielokrotną pętlą sprzężenia zwrotnego, w którym możliwa jest realizacja aktywnego filtru dolno-, górno- lub środkowo przepustowego. Rys.b przedstawia widok płytki drukowanej według schematu z rys.a. a) L WEJ Z Z Z Z5 7 +E -E Z Z U TL0 00u/5V E E 00u/5V L WYJ 00n 00n +E -E LZ b) c) E TL 0 E regulacja offsetu wejście odwracające wejście nieodwracające E 5 regulacja offsetu wyjście 7 +E 8 N Sheet Rys.. Układ z wielokrotną pętlą sprzężenia: a) schemat zastępczy układu, b) widok płytki z rozmieszczeniem elementów, c) wzmacniacz operacyjny TL0 wyprowadzenie pinów.

2 Symbol Parametr Tab.. Podstawowe parametry wzmacniacza operacyjnego TL 0 Warunki pomiaru Wartości Min Typ Max ± E Napięcie zasilania ±8 V VI Maksymalne napięcie wejściowe ±5 V Pmax Maksymalna moc 80 mw VIO Wejściowe napięcie niezrównoważenia UO = 0V 5 mv IIO Wejściowy prąd niezrównoważenia 5 00 pa KUR Różnicowe wzmocnienie napięciowe RL = kω, f = 0Hz Jedn. 0 5 V/V GB Pole wzmocnienia (gain bandwidth) RL = 0kΩ MHz RI Rezystancja wejściowa 0 Ω RO Rezystancja wyjściowa 0 Ω MRR współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego 80 8 db SR szybkość zmian napięcia wyjściowego VI = 0mV, RL = 0kΩ, Ku =.5,5 V/µs.. Filtr górnoprzepustowy Na rys. przedstawiono układ filtru aktywnego górnoprzepustowego realizowanego w strukturze układu z rys.. R WE +E 7 TL0 -E WY R R 5 Rys.. Filtr aktywny górnoprzepustowy Transmitancja filtru górnoprzepustowego II rzędu z rys. ma postać: ( s) ( s) U wy Kus HG = =, () Uwe s s + R RR gdzie: K u = wzmocnienie. Wyznaczenie parametrów filtru górnoprzepustowego dla zadanych: α, fgran,,,, ( = ):

3 K u =, () R R = f char πfchar ( + K ) α + K u, () =, () πf α char u =, (5) π R R f char =, () π R R gdzie: α współczynnik tłumienia filtru (tabela ), fgran częstotliwość graniczna tj. częstotliwość przy db spadku wzmocnienia, fchar częstotliwość charakterystyczna filtru tj. częstotliwość przy której przesunięcie fazy równe jest 90 0, R5 rezystor stosowany w celu zminimalizowania błędu niezrównoważenia (R5 R). zęstotliwość graniczna jedynie dla filtru Butterwortha pokrywa się z częstotliwością charakterystyczną. Podczas projektowania pozostałych typów filtrów zachodzi konieczność podzielenia częstotliwości charakterystycznej przez odpowiedni współczynnik korekcyjny kp. f char f gran =. (7) k p Wartości współczynników dla danych typów filtrów umieszczono w tabeli. Typ filtru Tabela. Typy filtrów drugiego rzędu i ich współczynniki Współczynnik tłumienia α Współczynnik korekcyjny Bessela,7 0,78 Butterwortha, zebyszewa 0,5dB,58,58 zebyszewa db,05,0 zebyszewa db 0,88, zebyszewa db 0,7,89 kp

4 . Przygotowanie do zajęć... Materiały źródłowe [] Materiały Laboratorium i Wykładów Zespołu Układów Elektronicznych. [] U. Tietze, h. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa, 009, s. 8-8, [] P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki, WKiŁ, Warszawa, 00, s [] S. Kuta, Elementy i układy elektroniczne, cz., AGH, Kraków, 000, s Pytania kontrolne. Podstawowe różnice między filtrami aktywnymi a biernymi.. Klasyfikacja filtrów aktywnych.. Podstawowe parametry filtrów aktywnych.. Właściwości i podstawowe parametry wzmacniaczy operacyjnych. 5. Omówić filtry o charakterystykach: amplitudowej maksymalnie płaskiej, amplitudowej równomiernej falistej, fazowej maksymalnie liniowej.. Różnica pomiędzy częstotliwością graniczną a charakterystyczną... Zadanie projektowe Dla zadanych przez prowadzącego parametrów filtru dolnoprzepustowego:. obliczyć i dobrać elementy filtru (wartości rezystorów z szeregu E, kondensatorów z wartości dostępnych w laboratorium: n, n5, n, n7, n8, 0n, 5n, n, 00nF),. sporządzić wykres z charakterystykami częstotliwościowymi filtru (np. PSpice). Wykres przygotować w skali, która umożliwi naniesienie na rysunek również rzeczywistych charakterystyk mierzonych w laboratorium.. sporządzić wykres z odpowiedzią układu na pobudzenie skokiem jednostkowym (PSpice).. Przebieg ćwiczenia.. Złożyć układ filtru dolnoprzepustowego zgodnie z rys... Zasilić wzmacniacz operacyjny symetrycznym napięciem ± 5 V.. Do WE podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego. Równolegle do wejścia i wyjścia układu podłączyć woltomierze oraz sondy oscyloskopu (rys.). GENERATOR FILTR U I V V AKTYWNY U o H H Rys.. Układ do pomiaru właściwości filtru aktywnego

5 . Obserwując stosunek napięć na wyjściu i wejściu układu określić częstotliwość graniczną oraz stopień zafalowania charakterystyki amplitudowej filtru. Wyjaśnić ewentualne różnice pomiędzy pomiarami a założeniami projektowymi. W razie konieczności skorygować dobór elementów w układzie. 5. Pomiar charakterystyk częstotliwościowych filtru. Przy stałej amplitudzie sygnału z generatora, dobranej tak by filtr pracował liniowo, zmieniać częstotliwość generowanego sygnału w zakresie od 0 Hz do MHz. odczytywać stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego (ch-ka amplitudowa). Wyniki pomiarów nanosić na przygotowany wykres z charakterystyką symulacyjną. odczytywać wartość przesunięcia fazowego pomiędzy napięciami wejściowym a wyjściowym (ch-ka fazowa). Pomiary przesunięcia fazowego wykonywać metodą oscyloskopową opisaną w Dodatku A. Wyniki pomiarów nanosić na przygotowany wykres z charakterystyką symulacyjną.. Pomiar odpowiedzi impulsowej filtru. na wejście filtru podać falę prostokątną o częstotliwości powtarzania kilkakrotnie niższej od częstotliwości granicznej filtru, na przygotowany wykres, nanieść przebiegi napięcia wejściowego i wyjściowego, wyznaczyć następujące parametry przebiegów: czas narastania, opadania i ustalania.. Wnioski.. Porównać otrzymane parametry filtru z założeniami projektowymi (wskazać i uzasadnić różnice wyników teoretycznych i rzeczywistych).. Określić zakres pasma przepustowego badanego filtru.. Opisać parametry odpowiedzi impulsowej filtru. o opisuje odpowiedź impulsowa filtru i jakie parametry filtru mają na nią wpływ. 5

6 D O D A T E K A Pomiar przesunięcia fazowego metoda oscyloskopową Pomiar przesunięcia fazowego pomiędzy dwoma sygnałami najprościej wykonać na ekranie oscyloskopu. Podczas pomiaru należy pamiętać, że osie zerowe obu przebiegów muszą się pokrywać jak pokazano na rys.a.. Wówczas przesunięcie pomiędzy przebiegami obliczamy: 0 x ϕ = 0, (A.) x gdzie: x, x - odstępy odczytywane z ekranu oscyloskopu rys.a. x Rys.A.. Idea pomiaru przesunięcia fazowego w trybie pracy dwukanałowej oscyloskopu x Przesunięcie to można również zmierzyć przy wykorzystaniu krzywej Lissajous uzyskanej na ekranie oscyloskopu pracującego w trybie X-Y (rys.a.). Przesunięcie fazowe pomiędzy przebiegami obliczamy ze wzoru: a ϕ = arcsin, (A.) b gdzie: a, b- odstępy odczytywane z ekranu oscyloskopu rys.a. b a Rys.A.. Idea pomiaru przesunięcia fazowego w trybie pracy X-Y oscyloskopu