Практикум Ростов-на-Дону дгту 2021 удк

Лабораторно-практическая работа №20
Активные фильтры

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. 
   Изучить особенности работы фильтра Саллена и Кея на ОУ.
   
2. 
   Построить ЛАЧХ фильтра для диапазона звуковых частот, для различных значений коэффициента усиления.
   
3. 
   Сделать выводы о применимости исследованного фильтра.
   

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Активными называются электрические фильтры, преобразующие спектр входного сигнала при помощи внешнего (в случае с ОУ необходимо наличие двух источников) источника напряжения.
Применение ОУ позволяет реализовать ЛАЧХ RLC-цепи, имеющей большую скорость спада в области частоты среза, нежели это способна обеспечить RC-цепь. Такое решение позволяет применять данный фильтр на низких частотах, на которых нецелесообразно применять индуктивности.
Для исследуемого фильтра Саллена и Кея полоса пропускания может быть более или менее плоской, в зависимости от коэффициента усиления схемы, который не может превышать 3. При этом максимально плоской ЛАЧХ соответствует K = 1,6. Такой фильтр носит название фильтра Баттерворта и применяется в том случае, когда к полосе пропускания фильтра предъявляются соответствующие требования. Однако использование фильтров с другими величинами K также может быть оправдано, поскольку неравномерность ЛАЧХ в области полосы пропускания позволяет существенно усилить некоторую часть спектра по амплитуде, что может быть полезным в ряде случаев.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Собрать схему фильтра Саллена и Кея (рис. 20.1) и произвести измерения ЛАЧХ при различных значениях коэффициента усиления.
   
2. 
   Результаты измерений занести в табл. 20.1.
   
3. 
   Построить ЛАЧХ фильтра на одной системе координат, в логарифмическом масштабе.
   

Рис. 20.1 Схема для снятия ЛАЧХ фильтра Саллена и Кея

Табл. 20.1 Данные для построения ЛАЧХ при различных значениях коэффициента усиления
при R2 = 27 кОм
f, гц	30	50	300	10^3	2∙10^3	5∙10^3	20∙10^3
UВХ, B
UВЫХ, B
К, дБ
при KU = R2 =51 кОм
f, гц	30	50	300	10^3	2∙10^3	5∙10^3	20∙10^3
UВХ, B
UВЫХ, B
К, дБ
при R2 = 75 кОм
f, гц	30	50	300	10^3	2∙10^3	5∙10^3	20∙10^3
UВХ, B
UВЫХ, B
К, дБ

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Исследованная схема активного фильтра.
2. Измеренные ЛАЧХ.
3. Выводы по работе.
ВЫВОДЫ

1. 
   Применение ОУ позволяет реализовать ЛАЧХ LC-фильтра без применения катушки индуктивности, использование которой нецелеообразно на низких частотах.
   
2. 
   Недостатком исследованного фильтра является необходимость в двуполярном источнике напряжения. При невозможности реализовать двуполярное питание следует использовать активные фильтры на транзисторах.
   

Лабораторно-практическая работа №21
Умножитель напряжений

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. 
   Изучить особенности работы умножителя напряжений и возможности его применения.
   
2. 
   Исследовать схему электронного ваттметра на основе умножителя напряжений.
   
3. 
   Сделать выводы о применимости схемы умножителя напряжений.
   

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Принцип умножения напряжений заключается в том, чтобы реализовать усилительную схему, в которой коэффициент усиления зависел от величины некоторого внешнего сигнала, то есть, был бы некоторой функцией от времени. Так, например, при синусоидальной форме сигнала K(t) = U_m1sin(ω₁t), выходное напряжение будет иметь вид:

Здесь u_ВХ(t) = U_m2sin(ω₂t) и, для определенности, ω₂ > ω₁.
Таким образом, выходное напряжение будет являться произведением двух синусоидальных напряжений u₁ и u₂.
В курсе радиотехники доказывается, что напряжение такого вида содержит спектральные составляющие на частотах, равные ω₂ – ω₁ и ω₂ + ω₁. Это свойство унапряжения на выходе умножителя позволяет конструировать на его основе различного рода электронные устройства, такие как электронный ваттметр или преобразователь спектра.
В электронном ваттметре для частот выполняется условие ω₂ = ω₁, но при этом следует учитывать разность фаз между двумя входными сигналами. В этом случае выражение (20.1) будет записано так:

Применив известную формулу из тригонометрии, получим:

Если в этом сигнале подавить частоту 2ω, то оставшаяся постоянная составляющая будет содержать информацию о сдвиге фаз, необходимую для расчета активной мощности в цепи переменного тока:

Зная амплитуды обоих сигналов можно определить искомую величину сдвига фаз Δφ.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Собрать схему измерителя сдвига фаз (рис. 21.1) и построить для нее передаточную характеристику U₀ = F(Δφ); результаты измерений занести в табл. 21.1.
2. Сделать выводы по работе.

Рис. 21.1 Схема для исследования измерителя сдвига фаз

Табл. 21.1 Данные для построения передаточной характеристики измерителя сдвига фаз U0 = F(Δφ)
Δφ	0	15	30	45	60	75	90
U0, B

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованная схема измерителя сдвига фаз.
2. Передаточная характеристика U₀ = F(Δφ).
3. Выводы по работе.
ВЫВОДЫ

1. 
   Принцип действия исследованного умножителя напряжений основан на свойстве МОП-транзистора изменять свое сопротивление переменному току при воздействии на него управляющего напряжения.
   
2. 
   Для выделения постоянной составляющей в исследованной схеме следует применить фильтр нижних частот, включив его на выходе умножителя.