background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

ĆWICZENIE 17 

 

Filtry elektryczne RC i RL 

 

1. Trochę teorii 
Filtrem  nazywamy  układ  o  strukturze  czwórnika,  który  przepuszcza  bez  tłumienia  (lub  

z małym tłumieniem) prądy i napięcia w określonym paśmie częstotliwości ,a tłumi napięcia  
i  prądy  leżące  poza  tym  pasmem.  Pasmo  częstotliwości,  które  filtr  przepuszcza  nazywamy 
pasmem  przepustowym,  a  pasmo  częstotliwości,  które  filtr  tłumi  nazywamy  pasmem 
tłumieniowym  (zaporowym).  Dla  filtrów  miarodajne  są  charakterystyki  częstotliwościowe 
określające warunki przenoszenia sygnałów przez filtr. 

Parametrami filtrów są: 

  transmitancja napięciowa k

u

 

1

2

U

U

k

u

 

(1) 

  kąt przesunięcia fazowego między sygnałem wyjściowym a wejściowym 

. 

  częstotliwość graniczna f

g

 (lub f

d

) dla której sygnał maleje do wartości równej  

 

 

707

,

0

2

/

1

 

(2) 

wartości wejściowej. 

 

 

Rys.1. Schematy prostych filtrów: 

a, b – dolnoprzepustowy, 
c, d – górnoprzepustowy. 

 

1.1.  Filtr dolnoprzepustowy 

Zadaniem filtru dolnoprzepustowego jest: 

  przenoszenie, bez tłumienia sygnałów o małej częstotliwości, 
  tłumienie sygnałów o dużej częstotliwości, większej od częstotliwości granicznej f

g

. 

Realizacje prostych filtrów dolnoprzepustowych przedstawia rys.1a (filtr RC) i 1b (filtr RL). 

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

Transmitancja napięciowa k

u

 i kąt przesunięcia fazowego 

  wyrażają się wzorami: 

 

 

2

)

/

(

1

1

g

u

f

f

k

          

g

f

f

tg

 

(3) 

 

gdzie: 

RC

f

g

2

1

  -dla filtru RC 

 

L

R

f

g

2

 

-dla filtru RL 

 

1.2.  Filtr górnoprzepustowy 

Zadaniem filtru górnoprzepustowego jest: 

  przenoszenie, bez tłumienia sygnałów o dużej częstotliwości, 
  tłumienie sygnałów o małej częstotliwości, mniejszej od częstotliwości granicznej f

d

. 

Realizacje prostych filtrów górnoprzepustowych przedstawia rys. 1c (filtr RC)i 1d (filtr RL). 
Transmitancja napięciowa k

u

 i kąt przesunięcia fazowego 

  wyrażają się wzorami: 

 

 

2

)

/

(

1

1

f

f

k

d

u

          

f

f

tg

d

 

(4) 

 

gdzie: 

RC

f

d

2

1

  -dla filtru RC 

 

L

R

f

d

2

 

-dla filtru RL 

 

1.3.  Wykres w skali półlogarytmicznej 

Jest  to  wykres,  którego  jedna  oś  (u  nas  OY)  jest  liniowa,  a  druga  (OX)  ma  tzw.  podziałkę 

logarytmiczną.  Oś  logarytmiczną  stosuje  się  najczęściej  tam  gdzie  jedna  ze  zmiennych 
zawiera się w dużym przedziale zmienności, np. zakres częstotliwości od 50Hz do 30kHz. 

 

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

 

2. Wykonanie ćwiczenia 

 

WYKAZ PRZYRZĄDÓW: 

 

1.  Układ pomiarowy S3 
2.  Generator funkcyjny DF1641A   

 

 

nr. ……………………. 

3.  Oscyloskop analogowy Goldstar serii OS-9020   

nr.. …………………… 

4.  woltomierz cyfrowy Sanwa PC510  

 

 

nr. ……………………. 

 

2.1.  Filtr dolnoprzepustowy RC 

  Zestaw układ pomiarowy wg rys.2 i wskazówek prowadzącego, 

 

 

 

Rys.2 Schemat układu pomiarowego filtru dolnoprzepustowego RC. 

 

  Generator 2 (U

1

 = 0,5V) podłącz do gniazd 1 i 3, 

  Do  obserwacji  oscylogramów:  drugi  kanał  oscyloskopu  3  podłącz  do  pomiaru 

napięcia u

2

, (gniazda 4 i 3), a pierwszy kanał – napięcie u

1

, 

  Przy pomiarze napięć woltomierz PC510 94) podłączaj kolejno do: 

  U

1 

- do gniazd 5 i 7

  U

2 

- do gniazd 6 i 7, 

  Kontrolując  napięcie  generatora  zmierz  napięcie  wyjściowe  i  kąt  przesunięcia 

fazowego dla wartości częstotliwości podanych w tabeli 1, 

  Zapisz wyniki w tabeli 1. 
  Przerysuj oscylogramy napięć: wejściowego i wyjściowego, 
  W skali półlogarytmicznej wykreśl zależności k

U

 = f(f) oraz 

 = f(f), 

  Wyznacz częstotliwość f

g

  Wykonaj kolejno połączenia między punktami podanymi w tabeli 2, 
  Wpisz  wartości  R  i  C  odpowiadające  danemu  połączeniu  i  oblicz  częstotliwość 

graniczną filtru f

g

, 

  Wyznacz doświadczalnie częstotliwość graniczną filtru f

g

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

 

2.2.  Filtr górnoprzepustowy RC 

  Zestaw układ pomiarowy wg rys.3 i wskazówek prowadzącego, 

 

 

 

Rys.3. Schemat układu pomiarowego filtru górnoprzepustowego RC. 

 

  Generator 2 (U

1

 = 0,5V) podłącz do gniazd 3 i 1, 

  Do  obserwacji  oscylogramów:  drugi  kanał  oscyloskopu  3  podłącz  do  pomiaru 

napięcia u

2

, (gniazda 4 i 1), a pierwszy kanał – napięcie u

1

, 

  Przy pomiarze napięć woltomierz PC510 (4) podłączaj kolejno do: 

  U

1 

- do gniazd 7 i 5

  U

2 

- do gniazd 6 i 5, 

  Kontrolując  napięcie  generatora  zmierz  napięcie  wyjściowe  i  kąt  przesunięcia 

fazowego dla wartości częstotliwości podanych w tabeli 3. 

  Zapisz wyniki w tabeli 3, 
  Przerysuj oscylogramy napięć: wejściowego i wyjściowego, 
  W skali półlogarytmicznej wykreśl zależności k

U

 = f(f) oraz 

 = f(f), 

  Wyznacz częstotliwość f

d

2.3. Filtr dolnoprzepustowy RL 

  Zestaw układ pomiarowy wg rys.3 i wskazówek prowadzącego, 

 

 

 

Rys.4. Schemat układu pomiarowego filtru dolnoprzepustowego RL. 

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

 

  Generator 2 (U

1

 = 0,5V) podłącz do gniazd 3 i 1, 

  Do  obserwacji  oscylogramów:  drugi  kanał  oscyloskopu  3  podłącz  do  pomiaru 

napięcia u

2

, (gniazda 4 i 1), a pierwszy kanał – napięcie u

1

, 

  Przy pomiarze napięć woltomierz PC510 (4) podłączaj kolejno do: 

  U

1 

- do gniazd 7 i 5

  U

2 

- do gniazd 6 i 5, 

  Kontrolując  napięcie  generatora  zmierz  napięcie  wyjściowe  i  kąt  przesunięcia 

fazowego dla wartości częstotliwości podanych w tabeli 4, 

  Zapisz wyniki w tabeli 4. 
  Przerysuj oscylogramy napięć: wejściowego i wyjściowego, 
  W skali półlogarytmicznej wykreśl zależności k

U

 = f(f) oraz 

 = f(f), 

  Wyznacz częstotliwość f

d

  Wykonaj kolejno połączenia między punktami podanymi w tabeli 5, 
  Wpisz  wartości  R  i  L  odpowiadające  danemu  połączeniu  i  oblicz  częstotliwość 

graniczną filtru f

g

, 

  Wyznacz doświadczalnie częstotliwość graniczną filtru f

g

 

2.4. Filtr górnoprzepustowy RL 

2.3.  Zestaw układ pomiarowy wg rys.2 i wskazówek prowadzącego, 

 

Rys.5 Schemat układu pomiarowego filtru górnoprzepustowego RL. 

 

  Generator 2 (U

1

 = 0,5V) podłącz do gniazd 1 i 3, 

  Do  obserwacji  oscylogramów:  drugi  kanał  oscyloskopu  3  podłącz  do  pomiaru 

napięcia u

2

, (gniazda 4 i 3), a pierwszy kanał – napięcie u

1

, 

  Przy pomiarze napięć woltomierz PC510 (4) podłączaj kolejno do: 

  U

1 

- do gniazd 5 i 7

  U

2 

- do gniazd 6 i 7, 

  Kontrolując  napięcie  generatora  zmierz  napięcie  wyjściowe  i  kąt  przesunięcia 

fazowego dla wartości częstotliwości podanych w tabeli 6, 

  Zapisz wyniki w tabeli 6. 
  Przerysuj oscylogramy napięć: wejściowego i wyjściowego, 

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

  W skali półlogarytmicznej wykreśl zależności k

U

 = f(f) oraz 

 = f(f), 

  Wyznacz częstotliwość f

g

 
PYTANIA KONTROLNE I ZAGADNIENIA DO OPRACOWANIA 
 

1.  Narysuj schematy elektryczne układów filtrów RC i RL oraz ich charakterystyki 

częstotliwościowe: 

a)  filtru dolnoprzepustowego, 
b)  filtru górnoprzepustowego 

zaznacz na nich pasmo przepustowe i pasmo tłumieniowe. Wyjaśnij przebieg 
charakterystyk częstotliowościowych tych filtrów. 

2.  Podaj definicje:

 

a)  pasma przepustowego, 
b)  pasma tłumieniowego 

filtrów elektrycznych . 

3.  Podaj wzory na transmitancję napięciową - k

U

 i częstotliwość graniczną - f

 g

 filtrów 

elektrycznych RC i RL. Omów te wzory. 

4.  Wymień znane Ci zastosowania filtrów elektrycznych. 

 

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

 

Protokół pomiarowy 

 

Ocena 

Nazwisko Imię............................................................................. 

 

Klasa……………Data wykonania ……………………………. 

Wyk. 

 

Kl. 

 

Spr. 

 

..................................................................................... 

 

..................................................................................... 

Nr i temat ćwiczenia 

OK 

 

 

 

Tabela 1 

 

FD – RC  

 

U

1

  500mV 

 

kHz  0,05  0,1 

0.2 

0,5 

10 

15 

20 

U

1

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

2

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

U

 

V/V 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabela 2 

 

FD – RC  

 

Częstotliwość f

g

 [kHz] 

Połączenia  

punktów pomiarowych 

R[k] 

C[nF

obliczona 

zmierzona 

13 - 16 i 16 - 21 

 

 

 

 

13 - 16 i 16 – 22 

 

 

 

 

13 - 16 i 16 – 23 

 

 

 

 

7 - 16 i 16 - 21 

 

 

 

 

 

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

 

Tabela 3 

 

FG – RC  

 

U

1

  500mV 

 

kHz  0,05  0,1 

0.2 

0,5 

10 

15 

20 

U

1

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

2

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

U

 

V/V 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Tabela 4 

 

FD – RL  

 

U

1

  500mV 

 

kHz  0,05  0,1 

0.2 

0,5 

10 

15 

20 

U

1

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

2

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

U

 

V/V 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabela 5 

 

FD – RL  

 

Częstotliwość f

g

 [kHz] 

Połączenia  

punktów pomiarowych 

R[k] 

L[mH

obliczona 

zmierzona 

7 - 16 i 16 - 19 

 

 

 

 

13 - 16 i 16 - 19 

 

 

 

 

13 - 16 i 16 - 20 

 

 

 

 

 

background image

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I 

Ćw. 17. Filtry elektryczne RC i RL 

Tabela 6 

 

FG – RL  

 

U

1

  500mV 

 

kHz  0,05  0,1 

0.2 

0,5 

10 

15 

20 

U

1

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

2

 

mV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

U

 

V/V 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 6.Przykład wykresu w skali półlogarytmicznej