Mạch Lọc Thông Thấp Thụ động RC Bậc 1 - 123doc

Mạch thí nghiệm:

Hình 2.1. Bộ lọc thông thấp thụ động kiểu RC

Câu hỏi chuẩn bị:

� Viết hàm truyền của mạch lọc.

H ( ) = . . i o V V = ...

� Viết công thức và tính tần số cắt tại –3dB của các mạch lọc.

fc (R1-C1) = ... fc (R2-C2) = ...

� Vẽ biểu đồ Bode về đặc tính biên độ – tần số và pha – tần số của các bộ lọc:

S1 1 2 S2 1 2 IN OUT R1 340 C1 47nF R2 680 C2 4,7n GND GND

� Xác định độ dốc của mạch lọc và giải thích ý nghĩa:

2.1.1.2. Mạch lọc thông thấp tích cực RC bậc 2 kiểu hồi tiếp dƣơng: +12V -12V R1 R2 C1 C2 IC1 R3 R4 1K 10K 4. 7nF 1nF 741 + - 3 2 6 7 1 4 5 INPUT OUTPUT

Hình 2.2 Bộ lọc tích cực thông thấp

Câu hỏi chuẩn bị:

� Viết hàm truyền của mạch lọc .

H () = . . i o V V =

� Cho biết đây là bộ lọc gì? (Tới hạn, Bessel, Chebyshev hay Butterworth).

� Xác định hệ số khuếch đại của mạch A0: A0 =

� Viết công thức và tính tần số cắt tại –3dB của các mạch lọc

fc =

2.1.2. BỘ LỌC THÔNG CAO (High Pass Filters) 2.1.2.1. Mạch lọc thông cao thụ động CR bậc 1: 2.1.2.1. Mạch lọc thông cao thụ động CR bậc 1:

Mạch thí nghiệm:

Hình 2.3. Bộ lọc thông cao thụ động kiểu RC

Câu hỏi chuẩn bị:

� Viết hàm truyền của mạch lọc .

H ()= . . i o V V =

� Viết công thức và tính tần số cắt tại –3dB của các mạch lọc : fc (R1-C1) =

fc (R2-C2) =

� Vẽ biểu đồ Bode về đặc tính biên độ –tần số và pha-tần số của các bộ lọc:

S5 1 2 S6 2 1 IN OUT R2 1K R1 2K C2 4nF C1 10nF GND GND

2.1.2.2. Mạch lọc thông cao tích cực RC bậc 2:

Mạch thí nghiệm:

Hình 2.4. Bộ lọc thông cao tích cực.

Câu hỏi chuẩn bị:

� Viết hàm truyền của mạch lọc .

H ()= . . i o V V =

� Cho biết đây là bộ lọc loại gì? (Tới hạn, Bessel, Chebyshev hay Butterworth).

R3 R4 R1 R2 C1 C2 IC1 +12V -12V 33K 1nF 1nF 10K 5K6 10K 741 + - 3 2 6 7 1 4 5 INPUT OUTPUT

� Xác định hệ số khuếch đại của mạch A0 A0 =

� Viết công thức và tính tần số cắt tại –3dB của các mạch lọc fc =

� Xác định độ dốc của mạch lọc và giải thích ý nghĩa :

2.1.3. CÁC BỘ LỌC THÔNG DẢI (Band Pass

Filters)

2.1.3.1. Mạch lọc thông dãi thụ động cộng hƣởng nối tiếp:

Mạch thí nghiệm: Xét trường đặt S9, S10  S. S9 S P P S S10 Rw=29 Ohm Rw=29 Ohm L1 10mH C1 4.7nF R2 2K R1 2K L2 10mH C2 4.7nF INPUT 0UTPUT

Hình 2.5. Bộ lọc thụ động thông dải

Câu hỏi chuẩn bị:

� Viết hàm truyền của mạch lọc . H () =

� Viết công thức và tính tần số cộng hưởng của mạch f0 (L1-C1) =

� Viết công thức và xác định hệ số phẩm chất của mạch

Q =

Biết rằng hệ số phẩm chất của cuộn dây QL =

� Viết công thức và xác định băng thông –3db của mạch lọc

BW-3dB =

2.2. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM

Trong quá trình thí nghiệm SV cần chú ý các điểm sau :

- Cách thiết kế một mạch lọc trong thực tế.

- Nguyên nhân dẫn đến sai số về các giá trị: tần số cắt, băng thông, tần số cộng hưởng, đáp tuyến tần số, pha...giữa lý thuyết và thực tế.

- Ưu, khuyết điểm giữa các mạch lọc.Từ đó rút kinh nghiệm để chọn phương án thích hợp khi thiết kế một mạch lọc.

2.2.1. MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG THÔNG THẤP

RC

2.2.1.1. Điều chỉnh các thiết bị ban đầu

- Nối nguồn cung cấp 220VAC trên thiết bị TCPS-900 cho Oscilloscope, máy phát LF.

- Đối với Oscilloscope : Thiết lập trạng thái ban đầu như bài Giới thiệu các thiết bị đo lường dùng trong phòng thí nghiệm viễn thông.

2.2.1.2. Các bƣớc thí nghiệm – ghi nhận và báo cáo kết quả

Sinh viên lần lượt thực hiện các bước trình tự sau đây (chú ý đọc hiểu, đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế, ghi nhận kết quả):

2.2.1.3. Xét mạch lọc thông thấp R1-C1 (khung A):

Đặt công tắc S1  1 và S2  1.

Thiết lập máy phát LF ở chế độ phát tín hiệu sin, tần số đặt ở thang x100 hoặc x1k, biên độ khoảng 1V (đỉnh –đỉnh).

Nối lối ra máy phát với lối vào sơ đồ hình 2-1.

Thiết lập trạng thái dao động ký ở chế độ sử dụng 2 kênh.

Lấy chuẩn mass của 2 kênh dao động ký trùng nhau. Chú ý sau khi lấy

chuẩn mass thì nhả nút GND.

Nối kênh 1 dao động ký với lối vào IN của sơ đồ hình 2-1.

Nối kênh 2 dao động ký với lối ra OUT của sơ đồ hình 2-1.

Đặt thang đo Volts / Div của 2 kênh và Time /Div ở vị trí thích hợp sao cho dễ quan sát tín hiệu. Chú ý đầu tiên nên thiết lập Votl /Div của 2

kênh dao động ký ở thang giống nhau để thuận lợi trong quá trình

thí nghiệm.

Hiệu chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng ở CH1 và CH2 .

Trong quá trình hiệu chỉnh nên chú ý các nút LEVEL, HOLDOFF,

TRACE SEP.

Sau khi hiệu chỉnh dao động ký để quan sát được tín hiệu. Thiết lập

Source: ở vị trí CH1 hoặc CH2, Mode ở vị trí FIX.

Quan sát tín hiệu vào và ra trên dao động ký. Thay đổi tần số tín hiệu vào từ máy phát LF và ghi nhận kết quả vào bảng 2-1.

Chú ý: Đầu tiên nên xác định tần số cắt –3dB của mạch bằng cách chỉnh tần số máy phát LF ở lân cận tần số cắt của mạch đã tính ở phần chuẩn

bị lý thuyết. Sau đó hiệu chỉnh tần số máy phát đến khi nào biên độ Vout = 0.707 Vin thì dừng và tính tần số này, đó chính là tần số cắt –3dB (fc) của mạch lọc. Sau đó thay đổi tần số máy phát như trên bảng. Trong quá trình thay đổi tần số nếu muốn giữ nguyên biên độ ngõ vào thì phải chỉnh lại nút AMPLITUDE trên máy phát LF.

Bảng 2-1 Tần số [Hz] 0.1fc 0.5fc 0.8fc 0.9fc fc 1.5fc 2.5fc 5fc 10fc >10fc Uin[V] Uout[V] A= Uout/Uin A(dB)= 20log(Uout/Uin)  Xác định: • Tần số cắt –3dB của mạch lọc R1-C1: fc (đo - R1-C1) = ... • Độ dốc của mạch lọc R1-C1: ...

Từ kết quả ở Bảng 2-1 vẽ biểu đồ Bode về biên độ – tần số (Av - f) và pha – tần số ( - f) của mạch lọc thông thấp R1-C1.

2.2.2. MẠCH LỌC TÍCH CỰC THÔNG THẤP

2.2.2.1 Điều chỉnh các thiết bị ban đầu

• Đối với Oscilloscope : Thiết lập trạng thái ban đầu như bài Giới thiệu các thiết bị đo lường dùng trong phòng thí nghiệm viễn thông.

2.2.2.2. Các bƣớc thí nghiệm –ghi nhận và báo cáo kết quả

Sinh viên lần lượt thực hiện các bước trình tự sau đây (chú ý đọc hiểu, đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế, ghi nhận kết quả) :

• Cấp nguồn +12V và –12V cho mảng thí nghiệm G. • Tiến hành như trên. Ghi nhận kết quả vào bảng 2-2.

Chú ý: Đầu tiên nên phát tín hiệu ở tần số rất nhỏ hơn tần số cắt cuả mạch

đã tính ở phần chuẩn bị bài (khoảng = 1/10 fcắt lý thuyết) để xác định hệ

số khuếch đại A0 ( hay  ) của mạch, sau đó chỉnh tần số máy phát LF đến

lân cận tần số cắt của mạch đã tính ở phần chuẩn bị lý thuyết, hiệu chỉnh

tần số máy phát đến khi nào hệ số khuếch đại của mạch A = 0.707 A0 thì

dừng và tính tần số này, đó chính là tần số cắt –3dB ( fc ) của mạch lọc.

Sau đó thay đổi tần số máy phát như trên bảng và ghi nhận kết quả.

Trong quá trình thay đổi tần số nếu muốn giữ nguyên biên độ ngõ vào thì

phải chỉnh lại nút AMPLITUDE trên máy phát LF.

Bảng 2-2 Tần số [Hz] 0.1fc 0.5fc 0.8fc 0.9fc Fc 1.5fc 2.5fc 5fc 10fc >10fc Uin[V] Uout[V] A= Uout/Uin A(dB)= 20log(Uout/Uin)  Xác định: • Tần số cắt –3dB của mạch lọc :

fc = ...

• Độ dốc của mạch lọc : ...

Từ kết quả ở Bảng 2-2 vẽ biểu đồ Bode về biên độ – tần số (A - f) và pha – tần số ( - f) của mạch lọc.

Cho biết đây là mạch lọc thuộc dạng gì ?

So sánh kết quả giữa lý thuyết và thực tế. Đồng thời so sánh với trường hợp lọc thông thấp thụ động. Từ đó nhận xét và giải thích.

2.2.3. MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG THÔNG CAO RC

2.2.3.1. Điều chỉnh các thiết bị ban đầu

• Nối nguồn cung cấp 220VAC trên thiết bị TCPS-900 cho Oscilloscope, máy phát LF.

• Đối với Oscilloscope: Thiết lập trạng thái ban đầu như bài Giới thiệu các thiết bị đo lường dùng trong phòng thí nghiệm viễn thông.

2.2.3.2. Các bƣớc thí nghiệm –ghi nhận và báo cáo kết quả

Sinh viên lần lượt thực hiện các bước trình tự sau đây (chú ý đọc hiểu, đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế, ghi nhận kết quả):

• Xét mạch lọc thông cao R1-C1:

Đặt công tắc S5  1 và S6  1.

Tiến hành như trên. Ghi nhận kết qủa vào Bảng 2-3. Bảng 2-3 Tần số [Hz] 0.1fc 0.5fc 0.8fc 0.9fc fc 1.5fc 2.5fc 5fc 10fc >10fc Uin[V] Uout[V] A=Uout/Uin A(dB)= 20log(Uout/Uin)  Xác định: Tần số cắt –3dB của mạch lọc R1-C1: fc (đo - R1-C1) =... Độ dốc của mạch lọc R1-C1 :...

Từ kết quả ở Bảng 2-3 vẽ biểu đồ Bode về biên độ – tần số (A - f) và pha – tần số ( - f) của mạch lọc R1-C1 trên.

2.2.4. MẠCH LỌC TÍCH CỰC THÔNG CAO

2.2.4.1. Điều chỉnh các thiết bị ban đầu

• Đối với Oscilloscope: Thiết lập trạng thái ban đầu như bài Giới thiệu các thiết bị đo lường dùng trong phòng thí nghiệm viễn thông.

2.2.4.2. Các bƣớc thí nghiệm – ghi nhận và báo cáo kết quả

Sinh viên lần lượt thực hiện các bước trình tự sau đây (chú ý đọc hiểu, đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế, ghi nhận kết quả) :

• Cấp nguồn +12V và –12V cho mạch.

• Tiến hành như trên. Ghi nhận kết quả vào bảng 2-4.

Chú ý: Đầu tiên nên phát tần số rất lớn hơn tần số cắt cuả mạch đã tính ở

phần chuẩn bị bài (khoảng = 1/10 fcắt lý thuyết ) để xác định hệ số

khuếch đại A0 ( hay  ) của mạch, sau đó chỉnh tần số máy phát LF ở lân

cận tần số cắt lý thuyết. Hiệu chỉnh tần số máy phát đến khi nào hệ số

khuếch đại của mạch A = 0.707 A0 thì dừng và tính tần số này, đó chính

là tần số cắt –3dB ( fc ) của mạch lọc. Sau đó thay đổi tần số máy phát

như trên bảng để ghi nhận kết quả. Trong quá trình thay đổi tần số nếu muốn giữ nguyên biên độ ngõ vào thì phải chỉnh lại nút AMPLITUDE trên máy phát LF Bảng 2-4 Tần số [Hz] 0.1fc 0.5fc 0.8fc 0.9fc fc 1.5fc 2.5fc 5fc 10fc >10fc Uin[V] Uout[V] A=Uout/Uin A(dB) = 20log(Uout/Uin)  Xác định: • Tần số cắt –3dB của mạch lọc: fc (đo – R1-L1) = ... • Độ dốc của mạch lọc: ...

• Từ kết quả ở Bảng 2-4 vẽ biểu đồ Bode về biên độ – tần số (A - f) và pha – tần số ( - f) của mạch lọc.

• So sánh kết quả giữa lý thuyết và thực tế. Đồng thời so sánh với trường hợp lọc thông thấp thụ động. Nhận xét và giải thích.

2.2.5. MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG THÔNG DẢI

2.2.5.1. Điều chỉnh các thiết bị ban đầu

• Nối nguồn cung cấp 220VAC trên thiết bị TCPS-900 cho Oscilloscope.

• Đối với Oscilloscope : Thiết lập trạng thái ban đầu như bài Giới thiệu các thiết

bị đo lường dùng trong phòng thí nghiệm viễn thông.

2.2.5.2. Các bƣớc thí nghiệm –ghi nhận và báo cáo kết quả

Sinh viên lần lượt thực hiện các bước trình tự sau đây (chú ý đọc hiểu, đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế, ghi nhận kết quả):

► Xét mạch lọc thông dãi cộng hƣởng nối tiếp R1-C1-L1:

Đặt công tắc S9  S và S10  S. Khảo sát mạch C1-R1-L1. Tiến hành như trên. Ghi nhận kết qủa vào bảng 2-5.

Bảng 2-5

Tần số [Hz] 0.1fcl 0.5fc 0.8fc Fcl F0 Fch 2.5fc 5fc 10fch >10fc

Uin[V] Uout[V]

A= Uout/Uin

A(dB) = 20log(Uout/Uin)



Chú ý: Đầu tiên nên xác định tần số cộng hưởng f 0 của mạch bằng cách chỉnh tần số máy phát LF ở lân cận tần số cộng hưởng của mạch đã tính ở phần chuẩn bị lý thuyết. Sau đó hiệu chỉnh tần số máy phát đến khi nào

biên độ Vout  Vin thì dừng và tính tần số này, đó chính là tần số cộng

hưởng ( f0 ) của mạch . Sau đó tăng tần số máy phát cho đến khi Vout

=0.707Vin thì dừng và tính tần số này chính là tần số cắt trên –3dB (fch)

của mạch. Tương tự giảm tần số máy phát đến khi Vout =0.707Vin thì dừng

và tần số này chính là tần số cắt dưới –3dB ( fcl ) của mạch. Trong quá

trình thay đổi tần số nếu muốn giữ nguyên biên độ ngõ vào thì phải chỉnh lại nút AMPLITUDE trên máy phát LF.

Xác định:

Tần số cộng hưởng của mạch lọc : F0 = ... Tần số cắt trên –3dB: Fch = ...

Tần số cắt dưới –3dB: Fcl = ...

Băng thông –3dB của mạch lọc: BW-3dB = ... Hệ số phẩm chất của mạch: Q = ... Điện trở tổn hao của cuộn dây: Rw = ... Hệ số phẩm chất của cuộn dây: QL = ... Độ dốc của mạch lọc : ...

Từ kết quả ở Bảng 2-5 vẽ biểu đồ Bode về biên độ – tần số (A - f) và pha – tần số ( - f) của mạch lọc.

TÓM TẮT

Trong bài này, người học tìm hiểu được:

- Các đặc tính của mạch lọc: về tần số, về pha và biên độ của tín hiệu vào ra.

- Các dạng mạch lọc: thông thấp, thông cao, thông dải, …

Từ đó, Sinh viên có thể tính toán và ứng dụng tốt các dạng mạch lọc này trong một hệ

thống viễn thông khi thực nghiệm: khối lọc chống chồng phổ, biến đổi dạng sóng từ vuông sang sine, loại các can nhiễu, chọn lọc tần số, …

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Anh/Chị hãy nêu vài ứng dụng cho từng mạch lọc đã thí nghiệm ở trên, có giải thích chi tiết.

Câu 2: Giả sử có tín hiệu tổng hợp như sau: x(t)= x1(t)+ x2(t)+ x3(t)+ x4(t)

với : x1(t)=2cos100 t ; x2(t)=4cos200 t ; x3(t)=3cos400 t ; x4(t)=5cos600 t.

Anh/Chị hãy thiết kế mạch lọc sao cho ngõ vào là x(t) và ngõ ra thu được là y(t): a. y(t)= x1(t)+ x2(t)

b. y(t)= x2(t)+ x3(t) c. y(t)= x1(t)+ x4(t) d. y(t)= x4(t)

BÀI 3: MẠCH ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI

Sau khi học xong bài này, người học có thể:

Tìm hiểu và kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết về nguyên lý và đặc trưng cơ bản của các dạng mạch điều chế và giải điều chế AM

3.1. CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

Họ và tên SV báo cáo : ... Lớp : ...Mã số SV : ... Nhóm : ... Tiểu nhóm TN : ... Ngày thí nghiệm : ... SV cùng tham gia thí nghiệm : 1. ... 2. ... 3. ...

Điểm đánh giá CBGD nhận xét và ký tên

Chuẩn bị Lý thuyết Báo cáo kết quả TN Kiểm tra Kết quả MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Tìm hiểu và kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết về nguyên lý và đặc trưng cơ bản của các dạng mạch điều chế và giải điều chế AM điển hình như:

• Mạch cộng tín hiệu - Điều biên 1-vế dùng diode.

• Điều biên 2-vế dùng diode và mạch cộng hưởng ở ngõ ra • Điều biên 2-vế dùng transistor kiểu điều chế collector • Giải điều chế AM bán phần.

THIẾT BỊ SỬ DỤNG

• Nguồn chuẩn DC (DC Power Supply) trên khung TCPS-900: +5V/2A, -

5V/0.5A, +12V/2A, -12V/1A và nguồn AC: 220V.

• Dao động ký 3 tia: 50MHz Oscilloscope CS-5355. • Máy phát tín hiệu tần số thấp AG - 203D.

• Máy phát tín hiệu tần số cao SG - 4160B. • Phụ tùng : Dây có chốt cắm 2 đầu.