A-2. Filtry bierne. wersja

Podobne dokumenty
Ćwiczenie A2 : Filtry bierne

A-4. Filtry aktywne RC

1 Filtr górnoprzepustowy (różniczkujący) jest to czwórnik bierny CR. Jego schemat przedstawia poniższy rysunek:

Ćwiczenie nr 11. Projektowanie sekcji bikwadratowej filtrów aktywnych

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

Laboratorum 2 Badanie filtru dolnoprzepustowego P O P R A W A

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

PROTOKÓŁ POMIAROWY - SPRAWOZDANIE

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Celem dwiczenia jest poznanie budowy i właściwości czwórników liniowych, a mianowicie : układu różniczkującego i całkującego.

Charakterystyka amplitudowa i fazowa filtru aktywnego

Przetwarzanie sygnałów

Badanie układów aktywnych część II

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

A-4. Filtry aktywne rzędu II i IV

ĆWICZENIE 6 Transmitancje operatorowe, charakterystyki częstotliwościowe układów aktywnych pierwszego, drugiego i wyższych rzędów

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

A6: Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody)

1 Wprowadzenie. WFiIS

Projekt z Układów Elektronicznych 1

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych realizowanych za pomocą wzmacniacza operacyjnego

5 Filtry drugiego rzędu

Badanie właściwości dynamicznych obiektów I rzędu i korekcja dynamiczna

A3 : Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Wzmacniacz operacyjny

WIECZOROWE STUDIA NIESTACJONARNE LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Ćwiczenie - 7. Filtry

Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Liniowe układy scalone. Filtry aktywne w oparciu o wzmacniacze operacyjne

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

H f = U WY f U WE f =A f e j f. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie. H f

8. Realizacja projektowanie i pomiary filtrów IIR

UKŁADY RC oraz TIMER 555

b n y k n T s Filtr cyfrowy opisuje się również za pomocą splotu dyskretnego przedstawionego poniżej:

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

1 Układy wzmacniaczy operacyjnych

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

Ćw. 5 Wzmacniacze operacyjne

Wykonawcy: Data Wydział Elektryczny Studia dzienne Nr grupy:

ZASTOSOWANIA WZMACNIACZY OPERACYJNYCH

b) Zastosować powyższe układy RC do wykonania operacji analogowych: różniczkowania, całkowania

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

Ćw. 8: POMIARY Z WYKORZYSTANIE OSCYLOSKOPU Ocena: Podpis prowadzącego: Uwagi:

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTRONIKI Ćwiczenie nr 4. Czwórniki bierne - charakterystyki częstotliwościowe

Ćwiczenie F1. Filtry Pasywne

A4: Filtry aktywne rzędu II i IV

BADANIE FILTRÓW. Instytut Fizyki Akademia Pomorska w Słupsku

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych Laboratorium 1

Ćwiczenie 1 Podstawy opisu i analizy obwodów w programie SPICE

Ćwiczenie F3. Filtry aktywne

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Wzmacniacze, wzmacniacze operacyjne

Ćw. 6 Generatory. ( ) n. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wymagane informacje. 3. Wprowadzenie teoretyczne PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Analiza właściwości filtra selektywnego

Ćw. 3: Wzmacniacze operacyjne

Podstawowe człony dynamiczne

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

rezonansu rezonansem napięć rezonansem szeregowym rezonansem prądów rezonansem równoległym

Szybkie metody projektowania filtrów aktywnych

Laboratorium KOMPUTEROWE PROJEKTOWANIE UKŁADÓW

LABORATORIUM ELEKTRONIKI FILTRY AKTYWNE

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Temat: Wzmacniacze selektywne

WZMACNIACZ OPERACYJNY W UKŁADACH LINIOWYCH

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Pomiary napięć i prądów zmiennych

Politechnika Białostocka

Data wykonania ćwiczenia: Ćwiczenie prowadził:

Wzmacniacze operacyjne

Wzmacniacze napięciowe z tranzystorami komplementarnymi CMOS

Instrukcja UKŁADY ELEKTRONICZNE 2 (TZ1A )

CEL ĆWICZENIA: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zastosowaniem diod i wzmacniacza operacyjnego

Transmitancje układów ciągłych

Analiza właściwości filtrów dolnoprzepustowych

WZMACNIACZE OPERACYJNE

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

FILTRY AKTYWNE. Politechnika Wrocławska. Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki. Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

GENERATORY SINUSOIDALNE RC, LC i KWARCOWE

Ćwiczenie - 6. Wzmacniacze operacyjne - zastosowanie liniowe

Modulatory PWM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Rys Filtr górnoprzepustowy aktywny R

ĆWICZENIE 5 EMC FILTRY AKTYWNE RC. 1. Wprowadzenie. f bez zakłóceń. Zasilanie FILTR Odbiornik. f zakłóceń

Wzmacniacz jako generator. Warunki generacji

Transkrypt:

wersja 04 2014 1. Zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zrozumienie propagacji sygnałów zmiennych w czasie przez układy filtracji oparte na elementach rezystancyjno-pojemnościowych. Wyznaczenie doświadczalne amplitudowych charakterystyk częstotliwościowych oraz obserwacja odpowiedzi układów RC na sygnał napięciowego skoku jednostkowego. 2. Wstęp Filtry bierne RC Filtry bierne RC to układy liniowe zbudowane w postaci czwórników wyłącznie z elementów biernych: rezystorów i kondensatorów. Pełny opis takich układów zawarty jest w funkcji transmitancji operatorowej K(s). Z niej wyprowadzamy dla wymuszenia sygnałem sinusoidalnym zespoloną transmitancje widmową K(jω) a następnie amplitudową K(jω) oraz fazową (K(jω)) charakterystykę częstotliwościową. Posługując się transmitancją operatorową oraz znając postać transformaty Laplace a funkcji skoku jednostkowego 1(t) o poziomie UM czyli UM*1(t) podawanej na wejście filtru, moŝna wyznaczyć analitycznie kształt odpowiedzi układu w dziedzinie czasu. ZaleŜnie od sposobu połączenia elementów R i C w czwórniku, uzyskujemy układu filtrów dolnoprzepustowych albo układy filtrów górnoprzepustowych. Kaskadowe połączenie filtrów tego samego typu zwiększa stromość ich charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych natomiast kaskadowe łączenie filtrów dolno- i górnoprzepustowych o odpowiednio dobranych częstotliwościach granicznych umoŝliwia realizację filtrów pasmowoprzepustowych lub pasmowozaporowych. Czwórniki RC są stosowane równieŝ w elektronice impulsowej jako układy formowania impulsów. ZaleŜnie od konfiguracji elementów R i C aproksymowane mogą być operacje róŝniczkowania bądź całkowania, dość poprawnie w pewnych przedziałach stosunku czasu trwania impulsu wejściowego do stałej czasowej τ obwodu. Dlatego filtry górnoprzepustowe nazywane są takŝe układami róŝniczkującymi, a dolnoprzepustowe układami całkującymi. Filtr górnoprzepustowy I rzędu (układ róŝniczkujący jednobiegunowy) Strona 1 z 8

1) Transmitancja operatorowa i odpowiedź układu na skok napięcia: 2) Transmitancja widmowa amplitudowa charakterystyka częstotliwościowa: Filtr dolnoprzepustowy I rzędu (układ całkujący jednobiegunowy) Strona 2 z 8

1) Transmitancja operatorowa i odpowiedź układu na skok napięcia: 2) Transmitancja widmowa amplitudowa charakterystyka częstotliwościowa: Strona 3 z 8

Filtr górnoprzepustowy rzędu II 1) Transmitancja operatorowa i odpowiedź układu na skok napięcia: 2) Transmitancja widmowa amplitudowa charakterystyka częstotliwościowa: Strona 4 z 8

3) Kompensacja przerzutu impulsu w układach rzędu II Odpowiedź dwustopniowego układu róŝniczkującego na impuls napięcia jest dla pewnego zakresu czasu t ujemna, tę część odpowiedzi nazywamy przerzutem. Przerzut jest moŝliwy do zniwelowania. W tym celu modyfikujemy drugi stopień róŝniczkujący tak aby jego transmitancja operatorowa K 2 (s) posiadała zero 1 funkcji o wartości równej wartości bieguna 2 funkcji układu pierwszego K1(s). Taką zamianę uzyskujemy przez dołączenie oporu kompensującego R 2 równolegle do pojemności w układzie róŝniczkującym drugiego stopnia. W ten sposób sprowadzamy transmitancję dwubiegunową całego układu o wartościach biegunów zaleŝnych od τ1 i τ2 do postaci jednobiegunowej o wypadkowej stałej czasowej τ, dającą asymptotyczne rozwiązanie w dziedzinie czasu. 1 Zero funkcji wymiernej, to pierwiastek licznika. 2 Biegun funkcji wymiernej, to pierwiastek mianownika. Strona 5 z 8

Filtr pasmowoprzepustowy Filtr pasmowoprzepustowy otrzymujemy łącząc kaskadowo filtr górnoprzepustowy z filtrem dolnoprzepustowym. Częstotliwość graniczna filtru dolnoprzepustowego powinna być większa od częstotliwości granicznej filtru górnoprzepustowego. Szerokość pasma przenoszenia jest wtedy równa róŝnicy częstotliwości granicznych poszczególnych filtrów. Stromość zboczy charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej jest uwarunkowana rzędem filtrów składowych. 3. Program ćwiczenia 1) Dla filtrów górno-i dolnoprzepustowych rzędu I naleŝy: a) Wyznaczyć charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe. Określić częstotliwości graniczne i asymptotyczne nachylenia charakterystyk. b) Wyznaczyć odpowiedź układu róŝniczkującego i całkującego na wejściowy sygnał prostokątny w zakresie czasu trwania impulsu tw do 5-ciu stałych czasowych badanych układów. Uzyskane rezultaty porównać z przebiegiem teoretycznym. Strona 6 z 8

c) Zaobserwować skuteczność operacji analogowego róŝniczkowania i całkowania przy wymuszeniu wejściowym sygnałem o kształcie: trójkątnym, prostokątnym i sinusoidalnym. Określić ograniczenia częstotliwościowe dla tych układów. 2) Dla filtru górnoprzepustowego rzędu II naleŝy: a) Wyznaczyć charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe dla identycznych stałych czasowych w obu stopniach τ1 = τ2 oraz dla relacji τ1 = 10τ2. b) Przeprowadzić kompensację ujemnego przerzutu impulsu odpowiedzi, dla prostokątnego sygnału wejściowego o czasie trwania impulsu parokrotnie większym od stałej czasowej pierwszego członu róŝniczkującego, zaobserwować odpowiedź stopnia pierwszego i drugiego przed i po kompensacji. Zmierzyć wartość oporu R 2 i porównać z wartością obliczoną na podstawie danych obwodu. 3) Dla filtru pasmowoprzepustowego wyznaczyć charakterystykę amplitudowoczęstotliwościową. Określić dolną i górną częstotliwość graniczną. Strona 7 z 8

4. Schemat zestawu do ćwiczenia (nowa płytka PCB) Zestawienie elementów dla filtru górnoprzepustowego: Symbol Wartość elementu Stała czasowa τ @ R 10 =20kΩ Częstotliwość graniczna @ R 10 =20kΩ C 10e 47pF 0.94µs 170kHz C 10d 220pF 4.4µs 36kHz C 10c 2.2nF 44µs 3.6kHz C 10b 22nF 440µs 360Hz C 10a 47nF 940µs 170Hz Zestawienie elementów dla filtru dolnoprzepustowego: Symbol Wartość elementu Stała czasowa τ @ C 19 =470pF Częstotliwość graniczna @ C 19 =470pF R 19e 2kΩ 0.94 µs 170kHz R 19d 20kΩ 9.4 µs 17kHz R 19c 200kΩ 94 µs 1.7kHz R 19b R 19a Strona 8 z 8