Aktivní Čebyševův filtr

(laboratorní cvičení z předmětu LOS)


Obsah:

Postup měření
Poznámky k postupu měření
Princip úlohy (pro ty, kdo nepochopili napoprvé)
Zapojení vývodů a vlastnosti použitého OZ
Zapojení nepájivého kontaktního pole
Zapojení a nastavení zdroje

Postup:

Pomocí programu Syntfil navrhněte a realizujte jednoduchý aktivní filtr typu dolní propust třetího řádu s Čebyševovou aproximací. Požadavky na filtr určuje připojené toleranční schema.


Vlastní laboratorní úloha sestává z následujících úkolů:

  1. Během návrhu filtru si poznamenejte polohu kořenů přenosové funkce a výpočtem zjistěte zlomový kmitočet sekce 1. řádu, popř. zlomový kmitočet a činitel jakosti sekce 2. řádu. Zjištěné zlomové kmitočty odnormujte na skutečné kmitočty, odpovídající tolerančnímu schématu.
  2. Filtr zapojte jako dva nezávislé bloky s možností kaskádního propojení.
  3. Měřením ověřte zlomové kmitočty obou sekcí (před jejich propojením do kaskády).
  4. Pro kmitočet, odpovídající zlomovému kmitočtu sekce 2. řádu, zjistěte útlum sekce 1. řádu a rezonanční převýšení přenosu sekce 2. řádu. Hodnoty porovnejte.
  5. Vykreslete orientačně kmitočtové charakteristiky jednotlivých sekcí a zkuste je graficky sečíst do předpokládané výsledné charakteristiky kaskády.
  6. Zapojte obě sekce do kaskády (pozor na pořadí sekcí - impedanční podmínka!) a ověřte skutečnou funkci filtru.
  7. Orientačně proměřte kmitočtovou charakteristiku celého filtru a porovnejte zjištěnou polohu lokálních extrémů v izoextremální části charakteristiky s kmitočty, zjištěnými v bodu 1. Ověřte přesnost a správnost teoretické charakteristiky z bodu 5.
  8. Zapojte sekce v opačném pořadí (nerespektujeme impedanční podmínku) a změřte opět kmitočtovou charakteristiku celého filtru.


Poznámky:

ad 1.: Program Syntfil v sekci Aktivní syntéza/Rozdělení sekcí poskytuje informaci o poloze kořenů přenosové funkce v normovaném tvaru, t.j. s jednotkovým kmitočtem meze propustného pásma. Nezapomeňte je tedy přepočítat (odnormovat) ke správnému kmitočtu (okraj propustného pásma)!

ad 2.: Filtr zapojte v nepájivém propojovacím poli. Pro napájení použijte symetrické napětí ±9V, nezapomeňte propojit střed napájení se zemí a obě napájecí napětí blokovat blokovacími kondenzátory (10nF proti zemi) blízko u operačního zesilovače. Zapojení propojovacího pole, vývodů operačního zesilovače a jednotlivých sekcí filtru je na přiložených schématech. Nepracuje-li filtr po prvním zapnutí, ověřte přiloženým multimetrem stejnosměrné poměry v obvodu (přítomnost obou napájecích napětí, cca nulové stejnosměrné napětí na výstupu OZ, správné zapojení OZ). Požadované hodnoty součástek je občas nutné složit z několika kusů (odpor 8k6 z odporů 8k2 a 390, kondenzátor 172nF ze 150n a 22n).

ad 3.: Měření provádějte při dostatečně nízkém vstupním napětí (zvlášť u sekce 2. řádu), aby nedošlo k přebuzení operačního zesilovače a zkreslení měření, popř. k překročení max. vstupního napětí milivoltmetru!


Princip úlohy:

Celá úloha má demonstrovat složení výsledné přenosové charakteristiky filtru z dílčích charakteristik jednotlivých funkčních bloků (což je principem kaskádní syntézy). Uvedené složení charakteristiky ilustruje následující obrázek:

Červenou čárou je znázorněna kmitočtová charakteristika sekce 2. řádu,
zelenou čárou kmitočtová charakteristika sekce 1. řádu a
černou čárou kmitočtová charakteristika celého filtru.

Tato varianta samozřejmě platí jen pro korektní impedanční spojení bloků. Při nekorektním spojení dojde ke vzájemnému ovlivnění bloků s následnou degradací přenosové charakteristiky (viz následující obrázek).

Odpovídající zapojení filtru jsou:

Správné zapojení


Respektuje impedanční podmínku spojování bloků.

Nesprávné zapojení


Nerespektuje impedanční podmínku spojování bloků.

Zapojení vývodů a vlastnosti použitého OZ:

V zapojení je použit OZ B081 z produkce bývalé NDR. Jedná se o ekvivalent TL081 Texas Instruments. V našem zapojení nepotřebujeme kompenzovat stejnosměrný offset zesilovače, vývody OFFSET N1 a OFFSET N2 tedy zůstávají nezapojené! Jejich připojení kamkoliv zhorší, případně znemožní funkci zesilovače. Může vést i k jeho poškození!

Při zapojování pozor - kladný pól zdroje je připojen na vývod 7, nikoli 8, jak by se dalo čekat! Naopak, připojení napájení na vývod 8 může celkem snadno obvod zničit!!!

Obrázek ukazuje zapojení vývodů OZ, k dispozici je i katalogový list


Zapojení nepájivého propojovacího pole:

Takhle je zapojené nepájivé propojovací pole při správné orientaci (svorky ZEM a -15V) směrem dolů.

Takhle v něm vypadá hotové zapojení


Zapojení a nastavení napájecího zdroje:

Na zdroji propojte výstupní svorky podle obrázku a nastavte na obou polovinách zdroje 9V. Střední vývod propojte se zemí generátoru, milivoltmetru a přípravku.


©KJ 1997 (last rev. 970518)