Filtr pasmowozaporowy do pomiaru zawartości harmonicznych

Filtr pasmowozaporowy do pomiaru zawartości harmonicznych
Pobierz PDF Download icon
Zniekształcenia nieliniowe są jednym z głównych parametrów charakteryzujących jakość sprzętu elektronicznego przeznaczonego do pracy w paśmie częstotliwości akustycznych, np. wzmacniaczy. Profesjonalne przyrządy do pomiaru zniekształceń są bardzo drogie. Zazwyczaj umożliwiają pomiar współczynnika zniekształceń nieliniowych THD albo sprawdzenie zawartość harmonicznych za pomocą analizy spektralnej badanego przebiegu. W artykule zaprezentowano tani filtr, który użyty z odpowiednim generatorem może być głównym członem prostego zestawu do pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych.
106 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2010 NOTATNIK KONSTRUKTORA Współczynnik zawartości harmo- nicznych wzmacniaczy Hi?Fi jest mały (np. 0,2%), więc przy jego pomiarze źródło wzorcowego, sinusoidalnego sygnału wej- ściowego wzmacniacza musi mieć znacz- nie niższy poziom zniekształceń. Dlatego zestaw pomiarowy powinien umożliwiać zmierzenie THD rzędu co najmniej set- nych części procentu. Oscyloskopy cyfrowe zazwyczaj są wy- posażone w  funkcję wyświetlającą spek- trum przebiegu, ale dla uzyskania zadawa- lających dokładności przy tak niewielkich zniekształceniach trzeba raczej korzystać z innego relatywnie drogiego sprzętu. Jed- nak, gdy potrzeba pomiaru zniekształceń zdarza się rzadko, można posłużyć się opi- sanym niżej filtrem, tanim i nieskompliko- wanym w realizacji i eksploatacji. W  analogowych zestawach pomiaro- wych współczynnika zniekształceń nie- liniowych stosuje się filtry pasmowoza- porowe usuwające z  badanego przebiegu składową o  częstotliwości podstawowej, natomiast przenoszące praktycznie bez tłu- mienia składowe harmoniczne. W praktyce wystarcza sprawdzanie zniekształceń tyl- ko przy wybranych częstotliwościach np. 40 Hz, 1 kHz i 5 kHz. W wielu przypadkach nie ma możliwości dostrajania badanego sy- gnału do częstotliwości rezonansowej filtru, a więc częstotliwość ta musi być zmieniana przynajmniej w niewielkim przedziale. W literaturze proponuje się do wytłu- mienia składowej o  częstotliwości pod- stawowej zastosowanie mostka Wiena w  konwencjonalnym układzie lub czwór- Filtr pasmowozaporowy do pomiaru zawartości harmonicznych Zniekształcenia nieliniowe są jednym z  głównych parametrów charakteryzujących jakość sprzętu elektronicznego przeznaczonego do pracy w  paśmie częstotliwości akustycznych, np. wzmacniaczy. Profesjonalne przyrządy do pomiaru zniekształceń są bardzo drogie. Zazwyczaj umożliwiają pomiar współczynnika zniekształceń nieliniowych THD albo sprawdzenie zawartość harmonicznych za pomocą analizy spektralnej badanego przebiegu. W  artykule zaprezentowano tani filtr, który użyty z  odpowiednim generatorem może być głównym członem prostego zestawu do pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych. nika podwójne T. Jednak strojenie tych układów jest kłopotliwe, a nawet w przy- padku czwórnika T szczególnie trudne. W  zwykłym mostku Wiena częstotliwość filtru trzeba zmieniać równocześnie dwo- ma rezystorami, a w czwórniku podwójne T każda zmiana wartości elementu R lub C wpływa na częstotliwość filtru i  jego tłumienie. Tymczasem dla łatwego prze- prowadzania pomiaru istotne jest, aby regulacje częstotliwości i  tłumienia były niezależne. Wyróżnianie wymienionych układów RC można uznać za niefortunne, gdyż ist- nieje kilka innych mostkowych lub sześcio- elementowych (np. ulepszony przesuw- nik fazowy opisany w EP 4/08 na str. 89), w  których jest możliwa zmiana częstotli- wości przez zmianę wartości tylko jednej rezystancji, bez wpływu na tłumienie. Układy te mają na ogół ograniczony zakres przestrajania (np. w  stosunku 1:4), gdyż przy szerszej zmianie częstotliwości po- garszają się ich właściwości. Jednak w tym przypadku znakomicie spełniają wszystkie wymagania filtru. Jednym z  takich ukła- dów jest odmiana mostka Wiena przed- stawiona na rysunku 1. Mostek Wiena jest uzupełniony dodatkowym rezystorem pR, którym można zmieniać jego częstotliwość rezonansową. W części selektywnej most- ka, rezystory i  pojemności są jednakowe, a wtedy dla uzyskania równowagi mostka (tzn. Uwy =0) przy częstotliwości rezonan- sowej oraz zachowaniu tej równowagi pod- czas przestrajania, także dzielnik napię- cia mostka powinien składać się z  trzech rezystorów o  jednakowej rezystancji r. Po wstawieniu do mostka rezystora pR, trzy rezystory R, pR i  tR są połączone w  trój- kąt, przy czym t=r/R. Działanie takiego układu może być wyjaśnione przez zastą- pienie go równoważnym układem gwiaz- dy. Zilustrowano to na rysunku 2. Zmia- na wartości jednej rezystancji w  układzie trójkąta jest równoważna zmianie trzech rezystancji w układzie gwiazdy: R1 =R12 R13 / (R12 +R13 +R23 ), R2 =R12 R23 /(R12 +R13 +R23 ), R3 =R23 R13 /(R12 +R13 +R23 ). Z  podanych wzorów wynika, że stosunek rezystancji R2 /R3 =R12 /R13 jest stały i  nie zależy od rezystancji R23 . W  zastępczym układzie gwiazdy otrzymujemy zamiast rezystancji R i r odpowiednio rezystancje pR/(1+p+t) i  ptR/(1+p+t). Wraz ze zmianą rezystan- cji w  części selektywnej mostka zmienia się więc także częstotliwość rezonansowa Rysunek 1. Rezystancją pR dodatkowego rezystora wstawionego do mostka Wiena zmienia się częstotliwość rezonansową Rysunek 2. Rezystory połączone w trójkąt i równoważny układ gwiazda 107ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2010 Filtr pasmowozaporowy do pomiaru zawartości harmonicznych układu są połączone wspólnym węzłem, a więc sygnał wyjściowy nie jest odbierany z  przekątnej mostka. Sprzężenie zwrotne (ok. 75% napięcia wyjściowego) potrzebne do powiększenia dobroci wprowadza się za pośrednictwem wzmacniacza operacyjnego pracującego jako wtórnik. Rezystory R7 i R8 tworzące dzielnik napięcia mogłyby być częścią rezystora R2 filtru. W ten sposób da się zaoszczędzić jeden wzmacniacz opera- cyjny, ale w bilansie takie rozwiązanie nie jest korzystne. Dobranie elementów most- ka jest bardzo ułatwione, gdyż nie tylko C1=C2, R1=R2, ale także R3=R4=R5. Przy selekcji jednakowych wartości rezystancji i 0,99. Dlatego rezystancja pR powinna być złożona z części stałej ok. 100 kV i zmien- nej ok. 50 kV. Filtr mostkowy z  rys.  1 może usunąć praktycznie całkowicie składową częstotli- wości podstawowej, ale ma zbyt małą do- broć Q (ok. 0,3) i wytłumia znacznie także składowe częstotliwości harmoniczne. Dla poprawnego przenoszenia tych składowych dobroć filtru powinna być o rząd większa. Na rysunku 3 przedstawiono aktywny filtr pasmowo-zaporowy z mostkiem Wiena we- dług rysunku  1. Wzmacniacz operacyjny umożliwia nie tylko powiększenie dobroci filtru, ale także sprawia, że wejście i wyjście układu, ale stosunek rezystancji t=r/R po- zostaje stały i  równowaga mostka jest za- chowana. Spadek napięcia na trzecim rezy- storze układu gwiazdy zmniejsza napięcie wejściowe mostka i ma wpływ na właści- wości układu. Dla zminimalizowania tego wpływu należy przyjmować r<
Artykuł ukazał się w
Listopad 2010
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje czerwiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów