Активные фильтры на операционных усилителях
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
ТОМСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Наименование
факультета - Электрофизический факультет
Наименование
направления - Приборостроение
Отчет по
лабораторной работе
«Активные
фильтры на операционных усилителях»
Выполнил: М.В. Головин
Проверил: преподаватель И. А. Плотников
Томск-2009
1. Цель работы
Цель лабораторной работы - изучение схемотехники активных фильтров и
влияния динамических параметров операционных усилителей на их частотные
характеристики.
. Применяемое оборудование
При выполнении данной лабораторной работы используется следующее
оборудование:
· Лабораторная установка состоит из: фильтра нижних частот
второго порядка (ФНЧ2) и модуля фазовращателя (ФВ).
· Комплект соединительных кабелей.
· Генератор сигналов Г3-112.
· Частотомер электронно-счетный Ч3-54.
· Осциллограф универсальный С1-64.
· Цифровой мультиметр М-65.
. Электрические схемы исследуемых модулей - активных фильтров
Рисунок 1. Электрическая схема фильтра нижних частот 2-го порядка
Рисунок 2. Электрическая схема модуля фазовращателя
. Структурная схема лабораторной установки
Рисунок 3. Структурная схема лабораторной установки
фильтр
динамический усилитель электрический
5. Основные параметры используемых ОУ
ФНЧ2 (140УД6)[тыс.]=70; Iq=4мА; Uos=10мВ; Iв=30нА; Vs=±15В; Vсм=±7В; Vout=±12В; Rin=1МОм.
ФВ (140УД8Б)[тыс.]=50; SR=10 В/мкс; f1=1МГц; Iq=5мА; Uos=100мВ; Iв=0.2нА;
Vs=±15В; Vсм=±10В; Vout=±10В; Cl=250пФ.
. Результаты экспериментальных и теоретических исследований
|
№
|
f,Гц
|
T,c
|
w,рад\с
|
Ua,B
|
Uв,В
|
К
|
∆t,c
|
ω,град
|
|
1
|
10
|
0,1
|
62,8
|
4,1
|
4,6
|
1,121951
|
0,02
|
72
|
|
2
|
14
|
0,071428571
|
87,92
|
4,1
|
4,6
|
1,121951
|
0,009
|
45,36
|
|
3
|
28
|
0,035714286
|
175,84
|
4,5
|
4,6
|
1,022222
|
0,004
|
40,32
|
|
4
|
48
|
0,020833333
|
4,52
|
4,6
|
1,017699
|
0,002
|
34,56
|
|
5
|
90
|
0,011111111
|
565,2
|
4,56
|
4,58
|
1,004386
|
0,0009
|
29,16
|
|
6
|
450
|
0,002222222
|
2826
|
4,6
|
4,58
|
0,995652
|
0,0004
|
64,8
|
|
7
|
980
|
0,001020408
|
6154,4
|
4,6
|
3,1
|
0,673913
|
0,0002
|
70,56
|
|
8
|
1470
|
0,000680272
|
9231,6
|
4,6
|
2,92
|
0,634783
|
0,0002
|
105,84
|
|
9
|
2340
|
0,00042735
|
14695,2
|
4,7
|
2
|
0,425532
|
0,0002
|
168,48
|
|
10
|
4100
|
0,000243902
|
25748
|
4,73
|
1,2
|
0,2537
|
0,00015
|
221,4
|
|
11
|
8800
|
0,000113636
|
55264
|
4,74
|
0,84
|
0,177215
|
0,0001
|
316,8
|
|
12
|
9800
|
61544
|
4,68
|
0,6
|
0,128205
|
0,00003
|
105,84
|
|
13
|
12800
|
0,0000781
|
80384
|
4,68
|
0,28
|
0,059829
|
0,000022
|
101,376
|
|
14
|
24320
|
0,0000411
|
152729,6
|
4,6
|
0,04
|
0,008696
|
0,000012
|
105,0624
|
|
15
|
31500
|
0,0000317
|
197820
|
4,6
|
0,018
|
0,003913
|
0,000007
|
79,38
|
|
16
|
56790
|
0,0000176
|
356641,2
|
4,64
|
0,007
|
0,001509
|
0,000005
|
102,222
|
|
17
|
94230
|
0,0000106
|
591764,4
|
4,6
|
0,004
|
0,00087
|
0,000025
|
848,07
|
|
18
|
198700
|
0,0000050
|
1247836
|
4,6
|
0,004
|
0,00087
|
0,00001
|
715,32
|
|
19
|
336123
|
0,0000030
|
2110852,44
|
4,62
|
0,003
|
0,000649
|
0,000009
|
1089,039
|
|
20
|
0,0000015
|
4275298,4
|
4,52
|
0,003
|
0,000664
|
0,0000045
|
1102,864
|
|
21
|
785410
|
0,0000013
|
4932374,8
|
4,5
|
0,003
|
0,000667
|
0,0000035
|
989,6166
|
Рисунок 4. АЧХ фильтра низких частот второго порядка.
Рисунок 5. ФЧХ фильтра низких частот второго порядка.
Таблица 2. Частотные характеристики фазовращателя.
|
№
|
f,Гц
|
T,c
|
w,рад\с
|
Ua,B
|
Uв,В
|
К
|
∆t,c
|
ω,град
|
|
1
|
10
|
0,100000
|
62,8
|
3,82
|
4,4
|
1,151832
|
0,868182
|
54
|
|
2
|
15
|
0,065789
|
95,456
|
4,1
|
4,4
|
1,073171
|
0,931818
|
38,304
|
|
3
|
24
|
0,042373
|
148,208
|
4,3
|
4,4
|
1,023256
|
0,977273
|
30,5856
|
|
4
|
28
|
0,035714
|
175,84
|
4,2
|
4,4
|
1,047619
|
0,954545
|
25,2
|
|
5
|
75
|
0,013333
|
471
|
4,4
|
0,977778
|
1,022727
|
21,6
|
|
6
|
108
|
0,009259
|
678,24
|
4,5
|
4,4
|
0,977778
|
1,022727
|
19,0512
|
|
7
|
170
|
0,005882
|
1067,6
|
4,5
|
4,6
|
1,022222
|
0,978261
|
27,54
|
|
8
|
322
|
0,003106
|
2022,16
|
4,5
|
4,6
|
1,022222
|
0,978261
|
46,368
|
|
9
|
1100
|
0,000909
|
6908
|
4,72
|
4,6
|
0,974576
|
1,026087
|
91,08
|
|
10
|
1502
|
0,000666
|
9432,56
|
4,72
|
4,6
|
0,974576
|
1,026087
|
86,5152
|
|
11
|
3288
|
0,000304
|
20648,64
|
4,72
|
4,6
|
0,974576
|
1,026087
|
106,5312
|
|
12
|
7900
|
0,000127
|
49612
|
4,72
|
4,6
|
0,974576
|
1,026087
|
170,64
|
|
13
|
16800
|
0,000060
|
4,72
|
4,6
|
0,974576
|
1,026087
|
187,488
|
|
14
|
32700
|
0,000031
|
205356
|
4,72
|
4,6
|
0,974576
|
1,026087
|
258,984
|
|
15
|
79000
|
0,000013
|
496120
|
4,72
|
4,63
|
0,980932
|
1,019438
|
176,328
|
|
16
|
135600
|
0,000007
|
851568
|
4,72
|
4,63
|
0,980932
|
1,019438
|
209,9088
|
|
17
|
232000
|
0,000004
|
1456960
|
4,6
|
4,63
|
1,006522
|
0,993521
|
233,856
|
|
18
|
592000
|
0,000002
|
3717760
|
4,6
|
4,63
|
1,006522
|
0,993521
|
340,992
|
|
19
|
1020000
|
0,000001
|
6405600
|
4,6
|
4,2
|
0,913043
|
1,095238
|
330,48
|
|
20
|
2100000
|
0,00000048
|
13188000
|
4,6
|
4,2
|
0,913043
|
1,095238
|
529,2
|
|
21
|
6980000
|
43834400
|
4,54
|
3,2
|
0,704846
|
1,41875
|
954,864
|
Рисунок 6. АЧХ модуля фазовращателя.
Рисунок 7. ФЧХ модуля фазовращателя.
Вывод
В данной лабораторной работе были изучены схемы построения активных
фильтров первого, второго порядка на операционных усилителях. Экспериментальным
путем получены амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики фильтров.
Выяснили, что с увеличением частоты амплитуда выходного напряжения у ФВ
меняется незначительно, а у ФНЧ2 изменяется значительно с 4. 6В до 0.003В.
Отклонение экспериментальных характеристик от теоретических связанно с
погрешностью в измерениях,