RCHighPassFilter -- Overview ZIELE AUSRÜSTUNG

RCHighPassFilter -- Overview
ZIELE
Nach Abschluss dieser praktischen Übung verfügt der Student über
folgende Fähigkeiten:
• Konzeption und Aufbau eines Hochpassfilters erster Ordnung
unter Verwendung von R und C
• Verwendung des Triggers eines digitalen Oszilloskops zum
Erfassen und Anzeigen des Signals
• Messung der Amplitudeninformationen (Peak-zu-Peak-Wert) des
Eingangs- und des Ausgangssignals
• Überprüfung der Funktionsweise des RC-Hochpassfilters und
Ermittlung der Grenzfrequenz
AUSRÜSTUNG
Für diesen Versuch benötigen Sie Folgendes:
• TBS1KB – Digitaloszilloskop von Tektronix
• Widerstand und Kondensator
• Signalgenerator (AFG3K oder 2K)
• Spannungstastkopf (gehört zur Oszilloskop-Ausstattung)/BNCKabel
• Steckplatine und Anschlussdrähte
THEORIE
Grundlegende Konzepte:
• Ein Filter ist ein Schaltkreis, der einige Frequenzen hindurchlässt,
andere wiederum nicht.
• Der Eingangsfrequenzbereich, der ungedämpft durchgelassen
wird, heißt Durchlassbereich.
• Der Frequenzbereich des Eingangssignals, der gesperrt oder stark
gedämpft wird, heißt Sperrbereich.
• Der Übergang vom Sperrbereich zum Durchlassbereich bzw.
umgekehrt nennt sich Grenzfrequenz. Dabei handelt es sich um
diejenige Frequenz, bei der die Ausgangsleistung um 3 dB geringer
ist als die Leistung im Durchlassbereich (bzw. die Amplitude 70,7 %
der Amplitude im Durchlassbereich beträgt).
• Ein Hochpassfilter lässt diejenigen Frequenzen hindurch, die
höher sind als die Grenzfrequenz und sperrt sämtliche Frequenzen
unterhalb dieses Grenzwerts.
• Die Grenzfrequenz des RC-Hochpassfilters ergibt sich aus:
RCHighPassFilter -- Procedures
Step 1
PRÜFLING/SCHALTAUFBAU
• Bauen Sie die Schaltung wie folgt auf: Wählen Sie für R = 10 K
und für C = 1 nF
• Speisen Sie den Signalgeneratorausgang in V_in (Eingang) der
Schaltung ein
• Wählen Sie für das Sinussignal 2 Vpp und als Frequenz = 100 Hz
Step 2
VERSUCHSAUFBAU
• Schalten Sie das Oszilloskop EIN
• Verbinden Sie den Oszilloskoptastkopf an Kanal 1 mit V_in
• Verbinden Sie den Tastkopf an Kanal 2 zum Messen der
Ausgangsspannung – V_out
• Erfassen Sie das/die von dem Schaltkreis ausgehende/n Signal/e
mit dem Oszilloskop
Step 3
• Nutzen Sie die Auto-Setup-Funktion des Oszilloskops, um das
Signal effizient zu erfassen und darzustellen
• Ist die AUTO-SETUP-Funktion nicht aktiviert, stellen Sie die
horizontale Skala, die vertikale Skala und die Triggerbedingung
manuell so ein, dass 3-4 Signalzyklen ohne
Signalamplitudenbegrenzung dargestellt werden.
Step 4
HINZUFÜGEN VON MESSGRÖSSEN
• Wechseln Sie in das Messmenü. Drücken Sie dazu die Taste
MESSEN auf dem Frontpaneel des Oszilloskops
• Drücken Sie CH1 (zu messender Kanal) und wählen Sie über den
Mehrfunktions-Drehknopf (MPK) die Messgrößen SP-SP und
FREQUENZ
• Wählen Sie auch für CH2 die SP-SP-Messung
Step 5
• Lassen Sie bei einer Eingangssignalfrequenz von 100 Hz die
Peak-zu-Peak-Amplitude von Eingang und Ausgang aufzeichnen.
Step 6
• Ändern Sie die Eingangsfrequenz (AFG-Signalfrequenz) unter
Beibehaltung der Amplitude (2 Vpp) in 200 Hz. Lassen Sie die Peakzu-Peak-Amplitude von Eingang und Ausgang aufzeichnen.
• Erhöhen Sie weiter die Eingangsfrequenz (AFG-Signalfrequenz) in
100-Hz-Schritten (bis 10 kHz) und lassen Sie die Peak-zu-PeakAusgangsamplitude weiter aufzeichnen.
Step 7
• Lassen Sie die Verstärkung berechnen = 20 x log (V_out/V_in).
Veranlassen Sie die grafische Darstellung der Verstärkung in
Relation zur Frequenz.
• Ermitteln Sie die Grenz- bzw. Eckfrequenz des Schaltkreises.
Suchen Sie dazu einen Punkt, an dem die Verstärkung -3 dB
beträgt.
Step 8
• Vergleichen Sie den aus dem RC-Wert errechneten
Grenzfrequenzwert mit dem Istwert aus der Messung
Step 9
KÖNNEN SIE FOLGENDES BEANTWORTEN?
• Welche Auswirkungen hat es für die Grenzfrequenz des Filters,
wenn der Widerstandswert verringert wird?