Исследование RC-цепей

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра САПР

ОТЧЕТ

по лабораторным работам №1

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: Исследование RC-цепей

Санкт-Петербург

2022

1. Вступление

Цель работы: исследование RC-фильтров нижних и верхних частот во временной и частотной областях.

Задачи:

построить компьютерные модели RC-фильтров нижних и верхних частот в среде NI Multisim;

• исследовать реакцию моделей при подаче на их вход различных гармонических сигналов с помощью виртуального осциллографа;
• построить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазо-частотные характеристики (ФЧХ) моделей с помощью виртуального плоттера Боде;
• сконструировать схемы RC-фильтров нижних и верхних частот из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS; повторить со схемами RC-фильтров пункты 2 и 3 используя осциллограф и плоттер Боде учебной станции NI ELVIS;
• сравнить характеристики компьютерных моделей и сконструированных схем и сделать выводы по проделанной работе.

1. Основные теоретические положения

1. Основная информация

Фильтр верхних частот (ФВЧ) является простейшим электронным фильтром верхних частот. Он состоит из последовательно соединённого конденсатора и резистора. Конденсатор пропускает лишь переменный ток, его реактивное сопротивление понижается с увеличением частоты.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) похож на ФВЧ, только он действует наоборот. Сначала идет резистор, а потом конденсатор.

Данные фильтры работают как своего рода частотно-зависимые делители напряжения, которые будут пропускать только сигналы нужной частоты, а все остальные подавлять.

Произведение сопротивления на ёмкость  для таких фильтров являются постоянной времени — такого времени, за которое параметр процесса уменьшается в  раз. Причем постоянная времени обратно пропорциональна частоте среза:[pic 1][pic 2]

                [pic 3]

        [pic 4]

Считается, что частота среза  является такой частотой, при которой уровень сигнала отличается на 3 дБ от максимального.[pic 5]

1. Применение Фильтров

ФВЧ используется для выделения высоких частот из сигнала и часто используется в обработке аудиосигналов. Иногда этот фильтр использует для устранения постоянной составляющей сигнала, для чего частота среза  должна быть достаточно низкой.[pic 6]

ФНЧ используют для устранения влияния близлежащих радио и телевизионных станций, на работу усилителей звуковых частот и других чувствительных электронных приборов.

1. Ход работы

1. Построение компьютерной модели ФВЧ

1. Создание схемы в Multisim

Пользуясь информацией из основных теоретических положений (а именно из Пункта 2.1), построим компьютерную модель фильтра высоких частот:

[pic 7]

Рисунок 1 — Модель фильтра с подключенным генератором сигналов, осциллографом и графиком АЧХ

Расчет частоты среза

В схеме были взяты конденсатор емкостью в 4,7 мкФ и резистор сопротивлением в 330 Ом. Итого, частота среза по Формуле 2 должна быть равна

         Гц[pic 8]

1. Реакция модели

[pic 9]

Рисунок 2 — Снятие показаний виртуального осциллографа

1. Построение АЧХ и ФЧХ

Построим амплитудно-частотную и фазово-частотную характеристики прошедшего фильтр сигнала с помощью инструмента Bode Plotter: