KATEDRA ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

Ćwiczenie numer : 5

Temat: Badanie filtrów aktywnych

Grupa : 1. ..................................... Wydział WBMiI

Rok /Semestr II/4

2. ...................................... Rodzaj studiów: stacjonarne

3. ...................................... Data: ……………….

1.Cel ćwiczenia

-Zapoznanie się z zasadą działania filtrów aktywnych.

-Wyznaczenie charakterystyki amplitudowej filtrów aktywnych.

2. Przebieg ćwiczenia

1. Schemat układu pomiarowego do badania filtrów aktywnych.

Aby poprawnie wykonać pomiary złożono układ pomiarowy według schematu nr.1. Zbadano filtr aktywny: dolnoprzepustowy, środkowoprzepustowy oraz górno przepustowy. Na wejście układu podłączono sygnał z generatora sinusoidalnego o amplitudzie 1V. Zmieniając częstotliwość sygnału wejściowego odczytano z ekranu oscyloskopu amplitudę napięcia wyjściowego i zapisano w tabelach.

3. Badanie filtra aktywnego dolnoprzepustowego

3.1. Schemat filtra dolnoprzepustowego

3.2. Tabela pomiarowa

U_we=1V

Przesunięcie fazowe dla 4 częstotliwości: 125, 2000, 12000, 100000.

f [Hz]	φ [°]	Uwy [V]	Ku=$\frac{\mathbf{\text{Uwy}}}{\mathbf{\text{Uwe}}}\mathbf{\text{\ \ }}$[$\frac{\mathbf{V}}{\mathbf{V}}$]	Ku=20log$\frac{\mathbf{\text{Uwy}}}{\mathbf{\text{Uwe}}}$ [dB]
60	-	1.80	1.80	5.10
125	45	1.80	1.80	5.10
250	-	1.80	1.80	5.10
500	-	1.80	1.80	5.10
1000	-	1.80	1.80	5.10
2000	108	1.70	1.70	4.60
4000	-	1.60	1.60	4.01
8000	-	1.20	1.20	1.58
12000	260	1.00	1.00	0.00
20000	-	0.50	0.50	-6.02
50000	-	0.10	0.10	-20.00
70000	-	0.06	0.06	-24.43
100000	576	0.03	0.03	-30.45

3.3. Przykładowe obliczenia

Obliczenie przesunięcia fazowego dla częstotliwości 125Hz:

T=1/125=0.008[s]

∆x=0.5*2[ms]=1[ms]=0.001[s]

φ=$\frac{360*0.001}{0.008}$=45[°]

Obliczenie wzmocnienia amplitudowego dla częstotliwości 125Hz:

Ku=$\frac{1.8}{1.0}\text{\ \ }$=1.8[$\frac{V}{V}$]

Obliczenie wzmocnienia amplitudowego wyrażonego w decybelach dla częstotliwości 125Hz:

Ku=20log$\frac{1.8}{1.0}$ =5.10[dB]

4. Badanie filtra aktywnego środkowoprzepustowego

4.1. Schemat filtra środkowoprzepustowego

4.2. Tabela pomiarowa

U_we=1V

Przesunięcie fazowe dla 4 częstotliwości: 60, 8000, 12000, 100000.

f [Hz]	φ [°]	Uwy [V]	Ku=$\frac{\mathbf{\text{Uwy}}}{\mathbf{\text{Uwe}}}\mathbf{\text{\ \ }}$[$\frac{\mathbf{V}}{\mathbf{V}}$]	Ku=20log$\frac{\mathbf{\text{Uwy}}}{\mathbf{\text{Uwe}}}$ [dB]
60	0.017	0.6	0.6	-4.43
125	-	1.0	1.0	0.00
250	-	1.4	1.4	2.92
500	-	1.7	1.7	4.60
1000	-	1.8	1.8	5.10
2000	-	1.8	1.8	5.10
4000	-	1.8	1.8	5.10
8000	72.000	1.8	1.8	5.10
12000	22.500	1.8	1.8	5.10
20000	-	1.8	1.8	5.10
50000	-	1.8	1.8	5.10
70000	-	1.8	1.8	5.10
100000	54.000	1.8	1.8	5.10

4.3. Przykładowe obliczenia

Obliczenie przesunięcia fazowego dla częstotliwości 1000Hz:

T=1/1000=0.001[s]

∆x=1*0.2[ms]=0.2[ms]=0.0002[s]

φ=$\frac{360*0.0002}{0.001}$=72[°]

Obliczenie wzmocnienia amplitudowego dla częstotliwości 1000Hz:

Ku=$\frac{1.8}{1.0}\text{\ \ }$=1.8[$\frac{V}{V}$]

Obliczenie wzmocnienia amplitudowego wyrażonego w decybelach dla częstotliwości 250Hz:

Ku=20log$\frac{1.4}{1.0}$ =2.92[dB]

5. Badanie filtra aktywnego górnoprzepustowego

5.1. Schemat filtra górnoprzepustowego.

5.2. Tabela pomiarowa

U_we=1V

Przesunięcie fazowe dla 4 częstotliwości: 125, 1000, 12000, 70000.

f [Hz]	φ [°]	Uwy [V]	Ku=$\frac{\mathbf{\text{Uwy}}}{\mathbf{\text{Uwe}}}\mathbf{\text{\ \ }}$[$\frac{\mathbf{V}}{\mathbf{V}}$]	Ku=20log$\frac{\mathbf{\text{Uwy}}}{\mathbf{\text{Uwe}}}$ [dB]
60	-	0.005	0.005	-46.02
125	254	0.100	0.100	-20.00
250	-	0.180	0.180	-14.89
500	-	0.260	0.260	-11.70
1000	115	0.500	0.500	-6.02
2000	-	0.500	0.500	-6.02
4000	-	0.320	0.320	-9.89
8000	-	0.220	0.220	-13.15
12000	135	0.160	0.160	-15.91
20000	-	0.100	0.100	-20.00
50000	-	0.020	0.020	-33.97
70000	270	0.015	0.015	-36.47
100000	-	0.010	0.010	-40.00

5.3. Przykładowe obliczenia

Obliczenie przesunięcia fazowego dla częstotliwości 12000Hz:

T=1/100 000=0.00001[s]

∆x=1.5*5[us]=7.5[us]=0.0000075[s]

φ=$\frac{360*0.0000075}{0.00001}$=270[°]

Obliczenie wzmocnienia amplitudowego dla częstotliwości 4000Hz:

Ku=$\frac{0.320}{1.0}\text{\ \ }$=0.320[$\frac{V}{V}$]

Obliczenie wzmocnienia amplitudowego wyrażonego w decybelach dla częstotliwości 500Hz:

Ku=20log$\frac{0.26}{1.0}$ =-11.70[dB]

6.Wykresy

7. Wnioski

-Aby odczytać poprawnie, z dużą dokładnością przesunięcie fazowe, należy operować pokrętłem podstawy czasu oraz pokrętłem ustawiającym V/div na panelu oscyloskopu.

- Zadaniem filtrów jest eliminowanie częstotliwości niepożądanych. Dla tłumionych częstotliwości zmniejsza się napięcie wyjściowe filtra.

-Charakterystyki filtrów wyszły zgodnie z założeniami teoretycznymi co udowadnia prawidłowe wykonanie ćwiczenia. Wyznaczono przesunięcia fazowe między napięciem wejściowym i wyjściowym przy pomocy oscyloskopu analogowego, oraz przeliczono to przesunięcie z wartości w sekundach na stopnie. Wyznaczono i oznaczono częstotliwości graniczne dla FDP i FGP, oraz pasmo przepustowości dla FSP.

-FGP i FDP pozwala na uzyskanie nawet do 90% napięcia wyjściowego, zaś FŚP ledwie do 22%. Ponadto, przy niskich częstotliwościach FŚP wywołuje duże przesunięcie fazowe między Uwe i Uwy, które osiąga wartości nawet kilkunastu milisekund.