Определение типа фильтра

[pinmix]

Прошу помочь с решением следующей задачки: имеется три схемы фильров, нужно определить какой из них как называется, и объяснить почему.

Фильтры:

(3й фильтр - это фильтр ПФ, но как объяснить - не знаю, остальные два - фильтры низких и высоких частот)

Вот описание фильтров:

Кто разбирается - очень прошу помочь

ЗАранее благодарю!

[Тролль]

pinmix:

1 фильтр: ФВЧ

2 фильтр: РФ

3 фильтр: ФНЧ

На всякий случай пояснения.

Если разомкнуть цепь обратной связи, то усилитель усиливает беспрепятственно и выходной сигнал намного больше входного, а если цепь обратной связи замкнуть накоротко, то из-за 100%-й отрицательной (сигнал на выходе усилителя в этой схеме по отношению к входному инвертирован) обратной связи коэффициент усиления снизится практически до 1.

В первой схеме в цепи обратной связи - индуктивность. Через индуктивность легко проходят низкие частоты, и плохо - высокие. Поэтому для низких частот цепь обратной связи практически замкнута накоротко, соответственно усиление схемы близко к 1. Для высоких частот цепь обратной связи практически разомкнута и усиление схемы максимально. Так что высокие частоты будут усиливаться гораздо больше, чем низкие. Поэтому на выходе будут в основном высокие частоты, это - ФВЧ.

В третьей в цепи обратной связи емкость и все наоборот. Это - ФНЧ.

Во второй схеме цепь обратной связи имеет большое сопротивление и для высоких, и для низких частот. Лучше всего проходят средние. Говоря более профессионально, такая цепочка из индуктивности и емкости называется последовательным колебательным контуром, на определенной (ее называют резонансной) частоте действия индуктивности и емкости взаимоуничтожаются и сопротивление цепочки равно нулю, а при отклонении частоты в обе стороны постепенно стремится от нуля к бесконечности. Так что на частотах, близких к резонансной, коэффициент усиления схемы близок к 1, а на высоких и низких частотах он будет большим. Поэтому схема будет усиливать все частоты, кроме близких к резонансной. Это - РФ.

[pinmix]

о,как я лоханулся....

Спасибо большое, Тролль, но все же хочу привести пару схем описаных как ПФ и РФ в методичке...

именно по ним я решил что 3й - это ПФ...

и на них не увидел на схеме с РФ - индукции :)

[Тролль]

pinmix:

Вообще все фильтры основаны на том, что в обычном делителе напряжения из двух резисторов, где напряжение подается на оба, а снимается только с одного, если поставить вместо одного резистора конденсатор или индуктивность, коэффициент деления будет зависеть от частоты, потому что сопротивление конденсатора или индуктивности зависит от частоты.

Впрочем, в схемах примерно со второй половины прошлого века стараются избегать катушек индуктивности, поскольку они гораздо менее технологичны, чем конденсаторы, и занимают больше места. Обычно вместо индуктивности можно включить емкость, только в другом месте схемы.

Ну и, наконец, усилители за счет разницы их входных и выходных сопротивлений и возможности использования обратных связей позволяют улучшить фильтрующие свойства схем.

Нижняя схема - ПФ. Есть усилитель. Через C1 на вход усилителя легко проходят высокие частоты и плохо - низкие. Через C2 образуется цепь отрицательной обратной связи по высоким частотам - высокие частоты с выхода усилителя проходят обратно на его вход в противофазе и тем самым сами себе мешают усиливаться. То есть усилитель лучше усиливает низкие частоты, чем высокие. В итоге лучше всего средним частотам - низким трудно пролезть к входу усилителя, высокие легко попадают туда, но плохо усиливаются. Выбором конденсаторов можно выбрать полосу частот, ниже которой частотам трудно пролезть на вход усилителя, а выше которой быстро снижается усиление усилителя. Так что у такой схемы есть полоса средних частот, где усиление выше, чем у низких и высоких. Поэтому фильтр - полосовой.

Теперь о верхней схеме. Конструкция из конденсаторов и резисторов во входной цепи усилителя ОУ1 называется двойным Т-образным мостом. Для начала упростим схему, соединив точку, в которой сходятся R3 и C3, с землей, выкинув второй усилитель. Двойной Т-образный мост - это, по идее, те же частотно-зависимые делители напряжения, один для снижения уровня высоких, а другой - низких частот, соединенные параллельно, а чтобы они не слишком мешали друг другу работать, их выходы соединены через R2 и С2. Через верхний Т-образный фильтр R1, C3, R2 легко пройдут низкие частоты, а высокие уйдут "в землю" через конденсатор С3. Через нижний Т-образный фильтр С1, R3, C2 легко пройдут верхние частоты, а низким через конденсаторы пробраться будет тяжело. То есть низкие и высокие частоты легко пройдут ко входу усилителя, каждая по своему пути, и хуже всего будет средним частотам - два пути, и оба плохие. Поэтому фильтр - режекторный.

Теперь - что сделает усилитель ОУ2, если снова подключить точку соединения C3 и R3 к его выходу? Он создаст положительную обратную связь, то есть уже усиленные высокие и низкие частоты подадутся снова на вход первого усилителя, поэтому усиление для них еще больше увеличится. Конечно, если подать их в слишком большой дозе, то можно будет обойтись уже и вообще без входного сигнала - усилитель превратится в генератор. А подобрав нужную степень подмешивания выходного сигнала во входной, можно сильно повысить коэффициент усилителя для тех частот, которые и без того хорошо усиливались. По мере роста положительной обратной связи средняя (вырезаемая) частота будет находиться все в более худших условиях, чем частоты слева и справа, мы усиливаем неравенство. Поэтому провал на частотной характеристике передачи сигнала со входа на выход будет становиться все острее, как говорят, добротность фильтра будет улучшаться. Правда, и влияние стабильности коэффициента усиления усилителя будет становиться все больше, уже при небольшом увеличении коэффициента усиления фильтр будет срываться в штопор - то есть, тьфу, в самостоятельную генерацию колебаний.

Вообще в схемах, как и во всем, есть масса неочевидных тонкостей. Привыкаешь, что это работает так-то и так-то, а почему - и сам не помнишь. Что 2*3 равно 3*2 - тоже совсем не очевидная вещь. Это доказывают, а потом привыкают к этому. Есть анекдот про преподавателя, который, сказав на лекции "Отсюда с очевидностью следует..." и написав формулу, с сомнением посмотрел на нее, сказал "Я на минутку выйду", вернулся через полчаса и произнес "Я был прав, это совершенно очевидно!".

Изменено 8 мая, 2007 пользователем Тролль

[pinmix]

Тролль: Пасиб, большое! Выручил! :sm(100):

[pinmix]

Очень большая просьба ответить на вопрос составленный в прилоденном докусенте, очень надеюсь на помошь Тролля))

Доп.вопрос.doc

Доп.вопрос.doc

[Тролль]

pinmix:

Ну, это только часть лабораторной работы, я не знаю тут, ни что такое Кп (коэффициент пульсаций?), ни какое напряжение (форма и амплитуда) подается, ни как считался график.

В обычной жизни есть смысл знать коэффициент пульсаций выходного напряжения, и, естественно, с ростом частоты он бы падал, так как конденсаторы, как на выходе стабилизатора, так и в стабилизаторе опорного напряжения (на стабилитроне), снижают пульсации. Но рассудок к лабам прикладывать вообще тяжело.

Тут, судя по схеме подключения измерительного прибора, измеряют коэффициент пульсаций напряжения на силовом транзисторе, то есть разницы между входным и выходным напряжениями. Смысла в этом я не вижу, но при этом, естественно, чем лучше стабилизация выходного напряжения, тем больше измеряемые пульсации. Если бы выходное напряжение совпадало бы со входным, то и разницы бы не было, а чем меньше меняется выходное напряжение, тем больше по сравнению с ним заметны колебания входного напряжения. А выходное напряжение, во-первых, ограничивается и сглаживается стабилизатором напряжения, во-вторых, сглаживается конденсатором на выходе.

То есть, в качестве формулировки: внутреннее сопротивление стабилизатора и конденсатор на выходе образуют фильтр низких частот, который, дополнительно к сглаживанию напряжения самим стабилизатором, подавляет пульсации выходного напряжения, поэтому выходное напряжение в меньшей степени следует за входным и их разница и коэффициент пульсаций этой разницы напряжений тем больше, чем больше емкость сглаживающего выходное напряжение конденсатора.

Аналогично действует и конденсатор, подключенный к источнику опорного напряжения (стабилитрону), он помогает стабилитрону поддерживать напряжение неизменным, сглаживая колебания этого напряжения, поэтому неидеальность (отклонение от параллельной оси координат прямой) характеристики стабилитрона сказывается в меньшей степени.

Сглаживание колебаний напряжения конденсаторами с физической точки зрения происходит потому, что конденсатор для изменения на нем напряжения надо зарядить или разрядить, что требует времени.

[pinmix]

Тролль, вобщем-то твой ответ подошел, но его нужно дополнить...

Вобщем преподу было сказано что это фнч, и на графике амплитудно частотная характеристика (вобщем-то это так, спаибо за подсказуку)

но! теперь преподу нужно доказать - почему это именно фнч...

вобщем схема и развернутый вопрос в прикрепленном файле, заранее благодарю..........

v2.doc

v2.doc