KHẢO SÁT ĐÁP TUYẾN TẦN SỐ CỦA MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ

KHẢO SÁT ĐÁP TUYẾN TẦN SỐ CỦA MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ

KHOA ĐIỆN TỬ LỚP ĐHĐT4ATLT BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN TỬ 2

Đề Tài: KHẢO SÁT ĐÁP TUYẾN TẦN SỐ CỦA MẠCH LỌC TƯƠNG

TỰ Giáo viên hướng dẫn:

LƯU THẾ VINH

• I GIỚI THIỆU

• Mạch lọc là một bộ phận rất quan trọng trong kỹ thuật mạch điện tử Mạch lọc có tác dụng cho tín hiệu nằm trong một dải tần số đi qua và chặn các tín hiệu trong dải tần số còn lại Do vậy, mạch lọc được dùng để chọn lọc tần số hay loại

bỏ tần số của các tín hiệu điện.

• Đáp ứng tần số:

• Mạch lọc là một loại mạch tứ cực có hai cực ở ngõ vào và hai cực ở ngõ ra Điện

áp ở ngõ vào là Vi, điện áp ở ngõ ra là V0.

• Để khảo sát đặc tính của mạch lọc theo tần số, người ta dùng tín hiệu hình sin đặt ở ngõ vào, rồi đo điện áp ở ngõ ra

• II NỘI DUNG

Tần số cắt của mạch lọc thông thấp RC:

• Như vậy tín hiệu ra bị chậm pha so với tín hiệu vào Ở tần số thấp mức chậm pha nhỏ, ở tần số cao mức chậm pha lớn hơn và ở tần số cắt thì mức chậm pha là 45o Trong nhiều trường hợp, sự chậm pha này sẽ làm cho tín hiệu ra bị méo dạng so với tín hiệu vào.

• Sơ đồ mạch lọc thông thấp RL:

• Đáp ứng biên độ của mạch lọc thông thấp RL:

• Ký hiệu mạch lọc thông cao

• (HPF : High pass filter)

• Sơ đồ mạch lọc thông cao RC:

• Đáp ứng tần số của mạch lọc thông cao RC:

• Đáp ứng biên độ của mạch lọc thông cao:

• Đáp tuyến tần số của mạch lọc thông cao

•

• Tần số cắt của mạch lọc thông cao RC :

• Đáp ứng pha của mạch lọc thông cao RC:

• Pha φ của chính là pha của 1 trừ đi pha của 1- j/ωCR.

• Ta có φ = 0 – arctg(-1/ωCR )= arctg 1/ωCR

• Ở tần số thấp f → 0 nên ω→ 0 → φ = arctg 1/0 = arctg = 90o

• Ở tần số cao f → nên ω→ → φ = arctg = arctg 0 = 0o

• Ở tần số cắt f = fc , ω = ωC thì φ = arctg 1 = 45o

• Như vậy tín hiệu ra bị sớm pha so với tín hiệu vào Ở tần số cao mức sớm pha nhỏ, ở tần số thấp mức sớm pha lớn hơn và ở tần số cắt thì mức sớm pha là 45o Trong nhiều trường hợp, sự sớm pha này sẽ làm cho tín hiệu ra bị méo dạng so với tín hiệu vào

• Sơ đồ mạch lọc thông cao RL:

• Đáp ứng biên độ của mạch lọc thông cao RL:

• Sơ đồ mạch lọc thông cao LC:

• Đáp ứng biên độ của mạch lọc thông cao LC:

• Đáp tuyến tần số của mạch lọc thông dải:

• fc1 tần số cắt dưới ; fc2 tần số cắt trên

• Sơ đồ mạch lọc thông dải RC:

• 1.4 Mạch lọc chắn dải

• Mạch lọc chắn dải ngăn các tín hiệu nằm trong một khoảng tần số nào đó đi qua mạch lọc, các tín hiệu có tần số nằm ngoài khoảng tần số đó thì qua được mạch lọc

• Ký hiệu của mạch lọc chắn dải:

• Đáp tuyến tần số của mạch lọc chắn dải:

• Nếu ta chọn R2=R1 thì |Av0|=1

Ðáp tuyến tần số độ dốc -20dB/dec vì khi tần số tăng lên 10 lần thì hệ số khuếch đại giảm đi 10 lần tức -20dB Người ta hay dùng mạch voltage follower để làm mạch lọc như hình 1 Ðây là mạch khuếch đại không đảo, nhưng do không có điện trở nối mass ở ngõ vào (-) nên độ lợi bằng +1

• Người ta thường chọn Rf=R để giảm dòng offset

• - Mạch lọc thông thấp -40dB/dec:

Trong nhiều ứng dụng, ta cần phải giảm nhanh độ lợi của mạch khi tần số vượt quá tần số cắt, có nghĩa là

độ dốc của băng tần phải lớn hơn nữa Ðó là mục đích của các mạch lọc bậc cao

• Dạng mạch

• Nếu chọn C2=2C1, ta có:

Ở mạch này độ khuếch đại sẽ giảm đi 40dB khi tần số tăng lên 10 lần (độ lợi giảm đi 100 lần khi tần số tăng lên 10 lần).

- Mạch lọc thông thấp -60dB/dec:

Ðể đạt được độ dốc hơn nữa-gần với lý tưởng-người ta dùng mạch lọc -20dB/dec mắc nối tiếp với mạch lọc -40dB/dec để được độ dốc -60dB/dec (độ lợi giảm đi 60dB khi tần số tăng lên 10 lần-góc pha tại tần số cắt là -1350)

• Dạng mạch căn bản như hình sau

• 2 Mạch lọc thông cao (High-Pass Filter HPF)

Ðây là một mạch mà độ lợi của mạch rất nhỏ ở tần số thấp hơn tần số cắt nhưng ở tần số cao hơn thì tín hiệu qua hết Như vậy tác dụng của mạch lọc thông cao ngược với mạch lọc thông thấp

- Mạch lọc thông cao 20dB/dec:

Dạng mạch như hình dưới đây là mạch voltage follower nên AV=1 Do điện thế ngõ ra v0 bằng với điện thế

2 đầu điện trở R nên:

• Khi tần số cao, tổng trở của tụ điện không đáng kể nên AV0=v0/vi=1 Khi tần số giảm dần, đến lúc nào đó

độ lợi bắt đầu giảm Tần số mà tại đó độ lợi giảm còn 0.707 AV0 gọi là tần số cắt Lúc đó ta có:

• Ta cũng có thể dùng mạch như hình 2

• - Mạch lọc thông cao 40dB/dec:

Dạng mạch

• Do là mạch voltage follower nên điện thế 2 đầu R1 chính là v0 Ta có:

• - Mạch lọc thông cao 60dB/dec:

Người ta dùng 2 mạch 40dB/dec và 20dB/dec nối tiếp nhau để đạt được độ dốc 60dB/dec

• Chọn C1=C2=C3=C;

• 3.Mạch lọc thông dải: (band pass filter)

Ðây là một mạch mà ở ngõ ra chỉ có một dải tần giới hạn nào đó trong toàn bộ dải tần của tín hiệu đưa vào ngõ vào

• Với mạch này điện thế ngõ ra v0max đạt đến trị số tối đa ở một tần số nào đó gọi là tần số cộng hưởng ωr Khi tần số khác với tần số cộng hưởng, độ khuếch đại giảm dần Tần số thấp hơn ωr làm độ lợi giảm đi còn 0.707v0max gọi là tần số ngắt thấp ωL và tần số cao hơn ωr làm độ lợi giảm còn 0.707v0max gọi là tần số ngắt cao ωh

Băng thông được định nghĩa: B=ωH - ωL

Khi B<0.1ωr mạch được gọi là lọc dải thông băng tần hẹp hay mạch lọc cộng hưởng

Khi B>0.1ωr được gọi là mạch lọc dải thông băng tần rộng

• - Mạch lọc dải thông băng tần hẹp

Dạng mạch

• Tại tần số cộng hưởng ωr:

• Từ phương trình (1) ta tìm được:

• - Mạch lọc dải thông băng tần rộng

• Thông thường để được một mạch dải thông băng tần rộng, người ta dùng hai mạch

lọc hạ thông và thượng thông mắc nối tiếp nhau nhưng phải thỏa mãn điều kiện tần số cắt ω2 của mạch lọc hạ thông phải lớn hơn tần số cắt ω1 của mạch lọc thượng thông.

Phải chọn R1, R2, C1, C2 sao cho ω1< ω2