Лабораторная работа №9. Исследование пассивных фильтров типа «К» с помощью компьютерного моделирования

Цель работы: исследовать частотные характеристики коэффициента затухания (а) и коэффициента фазы (в) для простейших низкочастотных (ФНЧ) и высокочастотных (ФВЧ) фильтров.

 

Подготовка к работе

Повторить разделы ТЭЦ1 «Четырехполюсники и электрические фильтры» [Л.1 с. 457-464, Л.2 с.308-316, Л. 8 с. 70-77].

9.1.1 Выбрать согласно варианту схему и параметры фильтра (см. таблицу 9.1).

9.1.2 Какие типы фильтров вы знаете?

9.1.3 Дайте понятия низкочастотного, высокочастотного, полосного и заграждающего фильтров.

9.1.4 Дайте определение вторичных параметров фильтров. В каких единицах они измеряются?

9.1.5 Что такое область пропускания и область затухания идеального фильтра?

9.1.6 Что такое согласованный режим работы фильтра?

9.1.7 Привести П-образную и Т-образную схемы ФНЧ?

9.1.8 Привести П-образную и Т-образную схемы ФВЧ?

9.1.9 Привести графики зависимостей для a(f) и b(f) ФНЧ.

9.1.10 Привести графики зависимостей для а(f) и b(f) ФВЧ.

9.1.11 Привести расчётные формулы fср и r для ФНЧ.

9.1.12 Привести расчётные формулы fср и r для ФВЧ.

9.1.13 Рассчитать fср. и r согласно варианту (см. таблицу 9.1). Результаты занести втаблицу(9.2).

 

Задание к выполнению работы

9.2.1 Собрать цепь (см. рисунок 9.1), включив в неё исследуемый фильтр согласно заданному варианту (см. таблицу 9.1).

 

Таблица 9.1

№ варианта	Тип Фильтра	Схема фильтра	U1(В)	L(мГн)	С(мкФ)
	ФНЧ	Т-схема			0,5
	ФВЧ	Т-схема			0,5
	ФНЧ	П-схема			0,5
	ФВЧ	П-схема			0,5
	ФНЧ	Т-схема			0,25

 

9.2.2 Установить значения U₁, L и C, R_Н= r согласно варианту (см. таблицу 10.1).

 

Фильтры низкочастотные

 

П-образный фильтр

 

 

Т-образный фильтр

 

 

Рисунок 9.1

 

 

Фильтры высокочастотные

 

П-образный фильтр

Т-образный фильтр

Рисунок 9.2

 

9.2.3 Изменяя частоту генератора f=0,1fср до f=2fср (включая fср) измерить напряжения U₂ на выходе фильтра и временной сдвиг по фазе Т₂-Т₁ между напряжениями на выходе и входе . В зоне пропускания и затухания снять по 5-6 значений. Напряжение на входе фильтра U₁ поддерживать постоянным. Результаты измерений занести в таблицу 9.2.

 

Таблица 9.2

, Гц			, Нп
. . .

 

Обработка результатов экспериментов

9.3.1 Рассчитать коэффициент затухания а(f) и коэффициент фазы b(f),

9.3.2 Построить экспериментальные графики а(f) и b(f) по данным таблицы 9.2.

9.3.3 Построить теоретические графики а(f) и b(f) (см. таблицы 9.3 или 9.4).

9.3.4 Сделать выводы о проделанной работе: сравнить теоретические графики а(f) и b(f) с экспериментальными и объяснить их различие, проанализировать зависимость а(f) и b(f) в полосе пропускания и в полосе задерживания.

 

Таблица 9.3

ФНЧ	f/f0	0,2	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2
	а,Нп									0,90	1,26
	+в, град
ФНЧ	f/f0	1,3	1,5	1,6	2,0	3,0	4,0
	а,Нп	1,52	1,94	2,30	2,74	3,60	4,16
	+в, град

 

Таблица 9.4

ФВЧ	f/f0	0,25	0,5	0,67	0,83	0,9		1,25	1,43	1,67		2,5
	а,Нп	4,1	2,74	1,94	1,26	0,9
-в, град

 

 

Методические указания

9.4.1 При согласовании фильтра с нагрузкой напряжения входа U₁ и выхода U₂ связаны соотношением

.

Коэффициент затухания определяется по формуле

, а коэффициент фазы b=y₁-y₂, где y₁ и y₂ – начальные фазы соответственно входного и выходного напряжений.

9.4.2 Частота среза для ФНЧ определяется по формуле , а для ФВЧ - . Сопротивление нагрузки и сопротивление генератора принимается равным характеристическому .

9.4.3 Коэффициент фазы определяется через временной сдвиг по фазе Т₂-Т₁ между напряжениями на выходе и входе по формуле .

9.4.4 Измерить начальные фазы напряжений можно с помощью осциллографа (см. рисунок 10.3). Для измерения начальной фазы напряжения канал А осциллографа подключают к точке 1 (красят этот провод в красный цвет). Для измерения начальной фазы напряжения u₂ (t) на выходе канал В осциллографа подключают к точке 2 (красят этот провод в синий цвет). Выставив курсор 1 на ноль напряжения на входе , а курсор 2 на ноль тока напряжения на выходе u₂ (t), можно измерить временной сдвиг между напряжениями u₂ (t) и непосредственно по табло Т2-Т1.

Рисунок 9.3

10 Порядок выполнения и оформления лабораторных работ по дисциплине «Теория электрических цепей 1»

10.1 Предварительная подготовка и допуск к работе

10.1.1 Прежде, чем приступить к очередным занятиям, студент должен ознакомиться с содержанием лабораторной работы, изучить теоретический материал по соответствующей теме.

10.1.2 Результаты подготовки должны быть отражены в отчёте выполняемой работы, который должен содержать:

а) рабочие схемы;

б) письменные ответы на вопросы по части Подготовка к работе;

в) таблицы для записи результатов измерений;

г) предварительные расчеты.

10.1.3 В начале занятия студент должен:

а) защитить полностью оформленную предыдущую работу;

б) получить допуск к следующей работе, имея индивидуальный отчёт.

Во время занятия студент должен выполнить работу (собрать схемы, проделать необходимые измерения и записать результаты в заранее подготовленные таблицы).

10.1.4 Готовность студентов к выполнению работы проверяет преподаватель, задавая контрольные вопросы по теории, порядку выполнения данной работы, действию схем, применяемым формулам и ожидаемым результатам. Вопросы могут быть заданы в устной и письменной форме.

10.1.5 Студенты, не выполнившие требования третьего пункта, а также те студенты, теоретическая подготовка которых признана неудовлетворительной, к работе не допускаются.

10.1.6 Студенты, не допущенные к работе, должны использовать оставшееся время для изучения теории, а также для оформления и защиты сделанных ранее работ.

10.1.7 Работы, не выполненные в срок, студенты проделывают в отведенное для отработки время. Для этого студент должен предварительно записаться у преподавателя. Допуск к работе студент получает на общих основаниях.

 

Работа в лаборатории

10.2.1 Для работы в лаборатории преподаватель разбивает группу на бригады (2-3 студента) или поручает студенту работать индивидуально. Члены бригады проделывают экспериментальную часть работы вместе, но каждый оформляет свой отчёт и отчитывается о проделанной работе самостоятельно.

10.2.2 Каждая бригада работает на отдельном рабочем месте, где размещено все необходимое для работы оборудование.

10.2.3 До начала работы студенты производят наружный осмотр используемой аппаратуры и оборудования. О замеченных дефектах следует немедленно сообщить преподавателю.

10.2.4 За ущерб, причинённый лаборатории вследствие несоблюдения правил проведения работ или техники безопасности, а также неправильного обращения с аппаратурой, члены бригады несут ответственность.

10.2.5 Схему для проведения работ студенты собирают самостоятельно. Измерительные приборы, вспомогательные и регулирующие устройства следует располагать так, чтобы схема получилась простой, наглядной, легко доступной в каждой точке.

10.2.6 В начале эксперимента реостаты и другие регулируемые устройства должны быть отрегулированы так, чтобы в цепи были минимальные значения токов и напряжений, измерительные приборы должны быть переключены на максимальный диапазон. После приблизительного определения измеряемой величины следует переключить прибор на удобный для измерения диапазон.

10.2.7 Схема обязательно проверяется преподавателем, и только с его разрешения цепь может быть включена под напряжение. Схема должна находиться под напряжением только во время наблюдений за её работой и при снятии экспериментальных данных. По окончании эксперимента напряжение должно быть немедленно отключено.

10.2.8 Необходимые показания измерительных приборов заносятся в таблицы, подготовленного дома отчёта. По окончании измерений, результаты следует показать преподавателю, который даёт разрешение на разбор схемы. До получения разрешения, схему разбирать запрещено, чтобы в случае необходимости была возможность проделать дополнительные или повторные измерения.

 

Оформление протокола и защита лабораторных работ

10.3.1 Студент должен представить полностью оформленный к защите отчёт каждой проделанной работы.

10.3.2 Оформленный отчёт предыдущей работы должен быть представлен в начале следующего занятия и защищён во время занятия.

10.3.3 Отчёт должен содержать титульный лист (см. приложение А) и следующие разделы:

- цель работы;

- основные теоретические положения и ответы на вопросы подготовки;

- схемы исследуемых цепей;

-расчётные формулы, вычисления, предполагаемые графики исследуемых электрических величин и режимов цепи;

-результаты исследования (таблицы, графики, числовые значения параметров и электрических величин);

- выводы по работе.

Отчёты оформляются на листах белой или линованной бумаги формата А4, которые заполняются с одной стороны. В тексте, написанном чётко и аккуратно пастой одного цвета, допускается применение только общепринятых обозначений или сокращений, расшифрованных при первом упоминании.

 

Приложение А

 

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

КАФЕДРА ТОЭ

 

 

(наименование дисциплины)