Методические указания. Снятие фазочастотных характеристик (ФЧХ)

Задание

Снятие фазочастотных характеристик (ФЧХ)

ФЧХ снимают, измеряя фазовый сдвиг между выходным и входным сиг­налами осциллографическим методом (рис, 4).

Рис.4. Измерение фазовых сдвигов между колебаниями U_вых и U_вх

Для этого на экране осциллографа по делениям шкалы измеряют период гармонического колебания Т и временной сдвиг между входным и выходным сигналами t_j, после чего вычисляют фазовый сдвиг

.

Для удобства измерений развёртку сигнала устанавливают так, чтобы на экране осциллографа умещалось на более двух периодов колебаний, а размах колебаний был бы одинаков. Полученные результаты заносят в таблицу, по ко­торой строят зависимость фазового сдвига выходного сигнала относительно входного от сдвига по частоте, то есть ФЧХ.

3.1. Смонтировать фильтр нижних частот RC - типа (рис. 1, а). Рассчитать и записать значение граничной частоты (частоты среза) фильтра.

3.2. Подключить к собранной установке генератор гармонических коле-­
баний типа ГЗ-33 (ГЗ-112) и входы двух каналов осциллографа С1-55,

3.3. После проверки преподавателем включить приборы и установить на
выходе генератора амплитуду колебаний около 3 В, а начальную частоту f_н
приблизительно равной 0,1 от расчётного значения частоты среза ФНЧ. До­-
биться устойчивого изображения сигнала на экране осциллографа.

3.4. Измерить по экрану осциллографа амплитуду выходного напряжения
и занести результат в таблицу. Увеличить частоту генератора в два раза, уста-­
новить прежнее значение амплитуды генератора, измерить и записать амплиту­-
ду выходного сигнала ФНЧ. Измерение повторять до тех пор, пока частота ко-­
лебаний не превысит в 10 раз расчётное значение частоты среза фильтра.

3.5. По полученным данным построить график АЧХ ФНЧ. Отметить на
графике значение частоты, на которой коэффициент передачи снижается в
раз, соответствующее частоте среза ФНЧ. Проверить, во сколько раз снижается
коэффициент передачи относительно начального значения, измеренного в по-­
лосе пропускания, на частоте 10 f_c.

3.6. Снять ФЧХ ФНЧ RC - типа. Измерения фазовых сдвигов выполнить на частотах 0,25 f_c, 0,5 f_c, f_c, 2 f_c и 4 f_c. Построить график ФЧХ в логарифмиче-ском масштабе.

3.7. Выпаяв использованные элементы, смонтировать фильтр нижних
частот RL - типа (рис. 1, б) и провести расчёты и измерения согласно п.п. 3.2...3.7.

3.8. Смонтировать фильтр нижних частот LC - типа согласно схеме
(рис.1с) и выполнить измерения согласно п.п. 3.2…3.7.

3.9. Смонтировать по указанию преподавателя один из вариантов
фильтра верхних частот (рис. 2) и снять его АЧХ и ФЧХ согласно п.п. 3.2...3.7.

3.10.Оформить результаты измерений в виде графиков АЧХ и ФЧХ.

4.1. Граничные частоты (частоты среза) фильтров RC - и RL - типов на­ходятся, соответственно, по формулам

f_c = l/(2p RC),

f_c = R /2p L,

где R - в омах, С - в фарадах, L - в генри.

4.2. Частотная зависимость коэффициента передачи К = U_выx / U_вх ФНЧ
RC - и RL - типов имеет вид

4.3. Цепочка LC - типа (рис. 1, в) при отсутствии R, представляет собой
последовательный колебательный контур, в котором при добротности Q >>1, резонансная частота , а характеристическое сопротивление

р = .

При подключении R, коэффициент передачи ФНЧ имеет вид:

При получим значение частоты среза f_c = l,272× f ₀. В этом слу­чае характеристика фильтра имеет небольшой подъём в полосе пропускания, при котором >1. Выбрав получим: Приравняв , получим частоту среза: f_с = f ₀.

4.4. Цепочка, приведённая на рис. 2, с, является фильтром высоких частот.

При её частотная характеристика имеет вид

a частота среза f_c = f₀ = . Выражения, приведённые в п.п. 4.3 и 4.4, сле­дует использовать для расчёта значения R_н по заданным значениям L и С и час­тоты среза исследуемых фильтров.

5. Содержание отчёта

5.1. Отчёт должен содержать электрические схемы и значения параметров ис­следуемых цепей, результаты расчётов, указанных в задании, графики АЧХ и ФЧХ, полученные при измерениях.

5.2. Необходимо также сравнить результаты эксперимента с расчётными зна­чениями и объяснить причины расхождений.

Дата добавления: 2015-05-06