Sprawozdanie9

Zespół Szkół Elektronicznych Elektrycznych i Mechanicznych w Bielsku-Białej im. Jędrzeja Śniadeckiego	Pracownia elektrotechniki i elektroniki	Rok szkolny 2023 / 2024
Sprawozdanie z ćwiczenia nr: 9	Daniel Krywult	Data wykonania ćwiczenia: 24.01.2024	Grupa: 4
	Klasa: 2 TR2
Temat ćwiczenia: Badanie właściwości filtrów częstotliwościowych		Oddano: 14.02.2024	Ocena:

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zrozumienie działania filtrów, analizowanie zasady działania filtru na podstawie jego budowy oraz porównywanie wartości teoretycznych częstotliwości granicznych.

Schematy pomiarowe wykorzystywane w ćwiczeniu

Schemat połączeń filtru dolnoprzepustowego

Schemat połączeń filtru górnoprzepustowego

Przebieg ćwiczenia

Zapoznano się z instrukcją;
Zgromadzono na stanowisku pomiarowym elementy wymienione w punkcie 7 potrzebne do złożenia układów przedstawionych na schematach przedstawionych w punkcie 2;
Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 1 i poproszono nauczyciela prowadzącego zajęcia z “Pracownia elektrotechniki i elektroniki” o sprawdzenie zgodności układu;
Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 2 i poproszono nauczyciela prowadzącego zajęcia o sprawdzenie zgodności układu;
Po uzyskaniu akceptacji od nauczyciela prowadzącego zajęcia przeprowadzono pomiary, przy następujących założeniach:
1. Pomiarów dokonano dla dwóch różnych wartości rezystancji rezystorów oraz pojemności kondensatorów;
  2) Przyjęto niezmienną wartość napięcia zasilającego filtr: 0.5 V
  3) Zmieniano wartość częstotliwości na generatorze w oparciu o następujące wartości:
  1. fwe = { 10 Hz; 20 Hz; 50 Hz; 100 Hz; 200 Hz; 500 Hz; 1 kHz; 2 kHz; 5 kHz; 10 kHz; 20 kHz; 50 kHz; 100 kHz; 200 kHz; 500 kHz; 1 MHz; };
Po wykonaniu wszystkich pomiarów wyłączono generator i zgłoszono zakończenie pomiarów prowadzącemu zajęcia i zastosowano się do jego poleceń;
Po wykonaniu wszystkich poleceń nauczyciela upewniono się, że zasilacz jest wyłączony i odłączono go od sieci zasilającej;
Rozmontowano układ pomiarowy;
Posprzątano stanowisko pomiarowe;
Sporządzono sprawozdanie;

Tabela wyników

Tabela wyników filtra dolnoprzepustowego

| Numer Pomiaru | f | UWE | UWY | | KU | | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | | [Hz] | [V] | [V] | [V] | | 1 | 10 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 2 | 20 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 3 | 50 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 4 | 100 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 5 | 200 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 6 | 500 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 7 | 1000 | 0.5 | 0.1 | 0.2 | | 8 | 2000 | 0.5 | 0.1 | 0.2 | | 9 | 5000 | 0.5 | 0 | 0 | | 10 | 10000 | 0.5 | 0 | 0 | | 11 | 20000 | 0.5 | 0 | 0 | | 12 | 50000 | 0.5 | 0 | 0 | | 13 | 100000 | 0.5 | 0 | 0 | | 14 | 200000 | 0.5 | 0 | 0 | | 15 | 500000 | 0.5 | 0 | 0 | | 16 | 1000000 | 0.5 | 0 | 0 |

gdzie:
R = 3300 Ω
C = 102 μF

f - częstotliwość ustawiana na generatorze [Hz]
UWE - napięcie wejściowe filtra mierzone przez woltomierz VWE
wartość utrzymywana na stałym poziomie [V]
UWY - napięcie wyjściowe filtra mierzone przez woltomierz VWY [V]
| KU | - wzmocnienie napięciowe filtra wyznaczane z wzoru:

| KU | = UWY / UWE

Tabela wyników filtra górnoprzepustowego

| Numer Pomiaru | f | UWE | UWY | | KU | | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | | [Hz] | [V] | [V] | [V] | | 1 | 10 | 0.5 | 0 | 0 | | 2 | 20 | 0.5 | 0 | 0 | | 3 | 50 | 0.5 | 0 | 0 | | 4 | 100 | 0.5 | 0.1 | 0.2 | | 5 | 200 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 6 | 500 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 7 | 1000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 8 | 2000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 9 | 5000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 10 | 10000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 11 | 20000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 12 | 50000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 13 | 100000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 14 | 200000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 15 | 500000 | 0.5 | 0.3 | 0.6 | | 16 | 1000000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 |

gdzie:
R = 3300 Ω
C = 102 μF

| KU | = UWY / UWE

Tabela wyników filtra dolnoprzepustowego

| Numer Pomiaru | f | UWE | UWY | | KU | | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | | [Hz] | [V] | [V] | [V] | | 1 | 10 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 2 | 20 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 3 | 50 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 4 | 100 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 5 | 200 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 6 | 500 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 7 | 1000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 8 | 2000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 9 | 5000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 10 | 10000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 11 | 20000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 12 | 50000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 13 | 100000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 14 | 200000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 15 | 500000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 16 | 1000000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 |

gdzie:
R = 10 Ω
C = 30 μF
f - częstotliwość ustawiana na generatorze [Hz]
UWE - napięcie wejściowe filtra mierzone przez woltomierz VWE
wartość utrzymywana na stałym poziomie [V]
UWY - napięcie wyjściowe filtra mierzone przez woltomierz VWY [V]
| KU | - wzmocnienie napięciowe filtra wyznaczane z wzoru:

| KU | = UWY / UWE

Tabela wyników filtra górnoprzepustowego

| Numer Pomiaru | f | UWE | UWY | | KU | | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | | [Hz] | [V] | [V] | [V] | | 1 | 10 | 0.5 | 0 | 0 | | 2 | 20 | 0.5 | 0 | 0 | | 3 | 50 | 0.5 | 0 | 0 | | 4 | 100 | 0.5 | 0 | 0 | | 5 | 200 | 0.5 | 0 | 0 | | 6 | 500 | 0.5 | 0 | 0 | | 7 | 1000 | 0.5 | 0 | 0 | | 8 | 2000 | 0.5 | 0 | 0 | | 9 | 5000 | 0.5 | 0 | 0 | | 10 | 10000 | 0.5 | 0 | 0 | | 11 | 20000 | 0.5 | 0 | 0 | | 12 | 50000 | 0.5 | 0 | 0 | | 13 | 100000 | 0.5 | 0 | 0 | | 14 | 200000 | 0.5 | 0 | 0 | | 15 | 500000 | 0.5 | 0 | 0 | | 16 | 1000000 | 0.5 | 0 | 0 |

| KU | = UWY / UWE

Tabela wyników filtra dolnoprzepustowego

| Numer Pomiaru | f | UWE | UWY | | KU | | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | | [Hz] | [V] | [V] | [V] | | 1 | 10 | 0.5 | 0 | 0 | | 2 | 20 | 0.5 | 0 | 0 | | 3 | 50 | 0.5 | 0 | 0 | | 4 | 100 | 0.5 | 0 | 0 | | 5 | 200 | 0.5 | 0 | 0 | | 6 | 500 | 0.5 | 0 | 0 | | 7 | 1000 | 0.5 | 0 | 0 | | 8 | 2000 | 0.5 | 0 | 0 | | 9 | 5000 | 0.5 | 0 | 0 | | 10 | 10000 | 0.5 | 0 | 0 | | 11 | 20000 | 0.5 | 0 | 0 | | 12 | 50000 | 0.5 | 0.1 | 0.2 | | 13 | 100000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 14 | 200000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 15 | 500000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 16 | 1000000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 |

gdzie:
R = 3300 Ω
C = 30 μF
f - częstotliwość ustawiana na generatorze [Hz]
UWE - napięcie wejściowe filtra mierzone przez woltomierz VWE
wartość utrzymywana na stałym poziomie [V]
UWY - napięcie wyjściowe filtra mierzone przez woltomierz VWY [V]
| KU | - wzmocnienie napięciowe filtra wyznaczane z wzoru:

| KU | = UWY / UWE

Tabela wyników filtra górnoprzepustowego

| Numer Pomiaru | f | UWE | UWY | | KU | | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | | [Hz] | [V] | [V] | [V] | | 1 | 10 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 2 | 20 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 3 | 50 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 4 | 100 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 5 | 200 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 6 | 500 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 7 | 1000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 8 | 2000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 9 | 5000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 10 | 10000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 11 | 20000 | 0.5 | 0.3 | 0.6 | | 12 | 50000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 13 | 100000 | 0.5 | 0.1 | 0.2 | | 14 | 200000 | 0.5 | 0 | 0 | | 15 | 500000 | 0.5 | 0 | 0 | | 16 | 1000000 | 0.5 | 0 | 0 |

| KU | = UWY / UWE

Tabela wyników filtra dolnoprzepustowego

gdzie:
R = 10 Ω
C = 102 μF
f - częstotliwość ustawiana na generatorze [Hz]
UWE - napięcie wejściowe filtra mierzone przez woltomierz VWE
wartość utrzymywana na stałym poziomie [V]
UWY - napięcie wyjściowe filtra mierzone przez woltomierz VWY [V]
| KU | - wzmocnienie napięciowe filtra wyznaczane z wzoru:

| KU | = UWY / UWE

Tabela wyników filtra górnoprzepustowego

| Numer Pomiaru | f | UWE | UWY | | KU | | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | | [Hz] | [V] | [V] | [V] | | 1 | 10 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 2 | 20 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 3 | 50 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 4 | 100 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 5 | 200 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 6 | 500 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 7 | 1000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 8 | 2000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 9 | 5000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 10 | 10000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 11 | 20000 | 0.5 | 0.5 | 1 | | 12 | 50000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 13 | 100000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 14 | 200000 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | | 15 | 500000 | 0.5 | 0.2 | 0.4 | | 16 | 1000000 | 0.2 | 0 | 0 |

| KU | = UWY / UWE

Obliczenia

Obliczenia wzmocnienia KU

| KU | - wzmocnienie napięciowe filtra wyznaczane z wzoru:

| KU | = UWY / UWE

Filtra dolnoprzepustowego

1. KU = 0.5 V / 0.5 V = 1

2. KU = 0.5 V / 0.5 V = 1

3. KU = 0.5 V / 0.5 V = 1

4. KU = 0.4 V / 0.5 V = 0.8

5. KU = 0.4 V / 0.5 V = 0.8

6. KU = 0.2 V / 0.5 V = 0.4

7. KU = 0.1 V / 0.5 V = 0.2

8. KU = 0.1 V / 0.5 V = 0.2

9. KU = 0 V / 0.5 V = 0

10. KU = 0 V / 0.5 V = 0

11. KU = 0 V / 0.5 V = 0

12. KU = 0 V / 0.5 V = 0

13. KU = 0 V / 0.5 V = 0

14. KU = 0 V / 0.5 V = 0

15. KU = 0 V / 0.5 V = 0

16. KU = 0 V / 0.5 V = 0
Filtra górnoprzepustowego

1. | KU | = 0 V / 0.5 V = 0

2. | KU | = 0 V / 0.5 V = 0

3. | KU | = 0 V / 0.5 V = 0

4. | KU | = 0.1 / 0.5 V = 0.2

5. | KU | = 0.2 / 0.5 V = 0.4

6. | KU | = 0.4 / 0.5 V = 0.8

7. | KU | = 0.4 / 0.5 V = 0.8

8. | KU | = 0.5 / 0.5 V = 1

9. | KU | = 0.5 / 0.5 V = 1

10. | KU | = 0.5 V / 0.5 V = 1

11. | KU | = 0.5 V / 0.5 V = 1

12. | KU | = 0.5 V / 0.5 V = 1

13. | KU | = 0.5 V / 0.5 V = 1

14. | KU | = 0.5 V / 0.5 V = 1

15. | KU | = 0.3 V / 0.5 V = 0.6

16. | KU | = 0.4 V / 0.5 V = 0.8

Obliczenia dla wartości częstotliwości granicznej

fgr - częstotliwość graniczna obliczana ze wzoru:

fgr = 1 / ( 2 · π · R · C)

Dla pierwszego filtru w tabelce a) i b):
R = 3300 Ω
C = 102 μF

fgr = 1 / (2 · π · R · C) = 1/(2 · π · 3300 Ω · 102 μF) = 0.473 Hz
Dla drugiego filtru w tabelce c) i d):
R = 10 Ω
C = 30 μF

fgr = 1 / (2 · π · R · C) = 1/(2 · π · 10 Ω · 30 μF) = 530.000 Hz
Dla trzeciego filtru w tabelce e) i f):
R = 3300 Ω
C = 30 μF

fgr = 1 / (2 · π · R · C) = 1/(2 · π · 3300 Ω · 30 μF) = 1.608 Hz
Dla czwartego filtru w tabelce g) i h):
R = 10 Ω
C = 102 μF

fgr = 1 / (2 · π · R · C) = 1/(2 · π · 10 Ω · 102 μF) = 156.113 Hz

Wykresy

Dla każdego filtru przebieg charakterystyki amplitudowej:

Z tabeli a)

Z tabeli b)

Z tabeli c)

Z tabeli d)

Z tabeli e)

Z tabeli f)

Z tabeli g)

Z tabeli h)

Dla filtrów dolnoprzepustowych o różnych wartościach parametrów R i C:

R1 = 3300 Ω C1 = 102 μF
R2 = 10 Ω C2 = 30 μF
Dla filtrów górnoprzepustowych o różnych wartościach parametrów R i C:

R1 = 3300 Ω C1 = 102 μF
R2 = 10 Ω C2 = 30 μF

Elementy wykorzystane w ćwiczeniu

2 kondensatory po 102 μF i 30 μF
2 rezystory po 3300 Ω i 10 Ω
generator funkcyjny
przewody łączące
płytka stykowa
2 woltomierze
2 węzły

Wnioski

Filtry dolnoprzepustowe i górnoprzepustowe różnią się w działaniu i charakterystyce, co zostało potwierdzone przez wyniki pomiarów w m.in. tabeli a) i b)
Dla filtrów dolnoprzepustowych, wartość częstotliwości granicznej jest niższa dla większych wartości rezystancji i pojemności, natomiast dla filtrów górnoprzepustowych, wartość częstotliwości granicznej jest wyższa dla większych wartości rezystancji i pojemności, co widać bardzo dobrze na wykresie e) oraz f) .
Większość porównanych do siebie filtrów dolnoprzepustowych i górnoprzepustowych o tych samych wartościach rezystancji i pojemności są swoim prawie identycznym odbiciem lustrzanym. Podobieństwo filtrów o różnych konfiguracjach i tych samych komponentów potwierdza charakterystyka.

Explorer

Sprawozdanie9

Graph View

Backlinks