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?