Filtry RC

Podstawy programowe: Sek II, electronics courses

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Zmierzyć charakterystyki częstotliwościowe dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego filtru RC.

Układ

Źródło: sinusoida, amplituda 5 V (wartość skuteczna 3,54 V), 159,15 Hz — częstotliwość graniczna filtrów. U dołu — filtr dolnoprzepustowy: opornik 1 kΩ, za nim kondensator 1 µF, wyjście na kondensatorze. U góry — filtr górnoprzepustowy: kondensator, za nim opornik, wyjście na oporniku. Na wyjściach woltomierze w trybie AC.

Przebieg doświadczenia

1. Zapisać napięcia wyjściowe obu filtrów.
2. Ustawiać kolejno 20, 50, 100, 300, 500 i 1000 Hz i przy każdej częstotliwości zapisać napięcia na obu wyjściach.
3. Narysować wykresy stosunku \(U_{out} / U_{in}\) w zależności od częstotliwości. Jako \(U_{in}\) przyjąć napięcie skuteczne źródła, 3,54 V.

Oczekiwany wynik

Przy częstotliwości granicznej \(f = 1 / (2\pi RC)\) ≈ 159 Hz na obu wyjściach jest około 2,50 V — 0,71 napięcia wejściowego. Przy 20 Hz: filtr dolnoprzepustowy — około 3,5 V, górnoprzepustowy — około 0,44 V. Przy 1000 Hz: dolnoprzepustowy — około 0,56 V, górnoprzepustowy — około 3,5 V.

Pytania

1. Który filtr nadaje się do usuwania szumów o wysokiej częstotliwości z sygnału czujnika?
2. Jak zmieni się częstotliwość graniczna, jeśli użyć kondensatora 0,1 µF?

Odpowiedzi

1. Filtr dolnoprzepustowy. Przepuszcza powolne zmiany sygnału prawie niezmienione, około 3,5 V z 3,54 V przy 20 Hz, a szybkie osłabia: przy 1000 Hz zostaje tylko około 0,56 V. Jego częstotliwość graniczną wybiera się powyżej częstotliwości sygnału użytecznego i poniżej częstotliwości szumów.
2. Wzrośnie dziesięciokrotnie: \(f = 1 / (2\pi RC)\) = 1 / (2π · 1 kΩ · 0,1 µF) ≈ 1,59 kHz.