Cómo usar un osciloscopio para ver la frecuencia de corte del filtro

Medir la frecuencia de corte de un filtro mediante un osciloscopio es una tarea común en las pruebas de circuitos electrónicos. Este artículo presentará en detalle cómo medir y observar la frecuencia de corte del filtro a través de un osciloscopio, incluidas teorías relacionadas, configuraciones del equipo del instrumento y pasos operativos específicos.

1. Conceptos básicos de la frecuencia de corte del filtro

1. Tipos de filtros

Los filtros se dividen principalmente en los siguientes tipos según sus funciones:

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· Filtro de paso bajo: permite el paso de señales de baja frecuencia y atenúa las señales de alta frecuencia.

· Filtro paso alto: deja pasar las señales de alta frecuencia y atenúa las señales de baja frecuencia.

·Filtro paso banda: Permite pasar señales en una banda de frecuencia específica mientras atenúa las señales por debajo y por encima de esta banda de frecuencia.

·Filtro de parada de banda: Atenúa las señales de una banda de frecuencia concreta y deja pasar señales de otras bandas de frecuencia.

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· En ​​la figura anterior (a) filtro de paso bajo, (b) filtro de paso alto, (c) filtro de paso de banda, (d) eliminador de banda filtro

2. Definición de frecuencia de corte

La frecuencia de corte del filtro se refiere a la frecuencia a la que la amplitud de la señal de salida se reduce a la amplitud de la señal de entrada (\frac{1}{ \sqrt{2}} ) veces, o aproximadamente la mitad de la potencia de entrada (punto -3dB).

2. Configuración experimental y ajustes del equipo

1. Instrumentos y equipos necesarios

· Generador de señales (Generador de funciones): se utiliza para generar diferentes frecuencias y amplitudes de entrada. señal.

· Osciloscopio: se utiliza para observar señales de entrada y salida y realizar medidas de amplitud.

La imagen de arriba es la imagen de disparo estable del osciloscopio de la serie Puyuan Precision DHO4000

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· Filtro bajo prueba (Dispositivo bajo prueba, DUT): El filtro a probar.

·Cables de conexión y sondas: se utilizan para conectar varios dispositivos.

2. Configuración de conexión inicial

1. Generador de señal: Conéctelo a la entrada del filtro y establezca una frecuencia y amplitud de referencia conocida.

2. Osciloscopio: Conecte dos sondas, una en el extremo de entrada del filtro y otra en el extremo de salida para observar las señales de entrada y salida al mismo tiempo.

3. Comprobación de conexiones: Asegúrese de que todas las conexiones sean firmes y correctas para evitar errores de medición provocados por un mal contacto.

La imagen de arriba es un diagrama esquemático del enlace de prueba del filtro, y el DUT es el filtro bajo prueba

3 Pasos de operación específicos

1. los parámetros de la señal inicial

1. Seleccione la forma de onda: seleccione la onda sinusoidal en el generador de señal, porque la onda sinusoidal tiene solo un componente de frecuencia en el dominio de la frecuencia, lo cual es conveniente para el análisis.

2. Establece la frecuencia y la amplitud: Por ejemplo, establece la frecuencia inicial en 1 kHz y la amplitud en 1 Vpp (pico a pico).

2. Ajustar la configuración del osciloscopio

1. Configuración de la base de tiempo: Ajuste la base de tiempo del osciloscopio para que uno o varios ciclos completos de la señal se puedan mostrar claramente en la pantalla. .

2. Sensibilidad vertical: Ajuste la sensibilidad vertical para que tanto las señales de entrada como las de salida se puedan mostrar completamente en la pantalla.

3. Modo de acoplamiento: seleccione el modo de acoplamiento apropiado (CA o CC). Generalmente, se selecciona el acoplamiento de CA para filtrar el componente de CC.

3. Exploración de frecuencia

1. Aumente gradualmente la frecuencia: comenzando desde la frecuencia inicial (como 1 kHz), aumente gradualmente la frecuencia del generador de señal. Por ejemplo, aumente la frecuencia en 500 Hz o 1 kHz cada vez hasta que se exceda el rango de frecuencia de corte deseado.

2. Observe los cambios de salida: En cada punto de frecuencia, registre la amplitud de las señales de entrada y salida. Concéntrese en observar los cambios en la amplitud de la señal de salida en relación con la señal de entrada.

4. Determine la frecuencia de corte

1. Dibuje la curva de respuesta de frecuencia: dibuje las relaciones de amplitud de las señales de entrada y salida registradas en diferentes puntos de frecuencia en un gráfico, con la vertical. El eje es la relación de amplitud (generalmente expresada en dB), el eje horizontal es la frecuencia.

2. Encuentre el punto -3dB: encuentre la posición en el gráfico donde la amplitud de la señal de salida se reduce a ( \frac{1}{\sqrt{2}} ) veces la amplitud de la señal de entrada correspondiente. La frecuencia es la frecuencia de corte del filtro.

IV.Precauciones

1. Ruido e interferencias

Se deben minimizar el ruido y las interferencias ambientales durante el experimento, como apagar los equipos eléctricos innecesarios y mantener el El entorno de prueba es silencioso y estable.

2. Calibración del instrumento

Asegúrese de que el generador de señal y el osciloscopio hayan sido calibrados para evitar resultados de medición inexactos debido a errores del instrumento.

3. Compensación de la sonda

La sonda del osciloscopio debe compensarse y ajustarse para garantizar la precisión de la medición. En el puerto de compensación de la sonda del osciloscopio, ajuste la capacitancia variable de la sonda de modo que los bordes de la onda cuadrada que se ven en el osciloscopio sean rectos y no haya sobreimpulsos ni subimpulsos.

5. Análisis de ejemplo

Supongamos que tenemos un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte esperada de aproximadamente 10 kHz. El siguiente es el proceso de medición específico:

1. Establezca los parámetros iniciales

Establezca la salida del generador de señal en una onda sinusoidal de 1 kHz y 1 Vpp y conéctela al paso bajo. terminal de entrada. Al mismo tiempo, conecte la sonda CH1 del osciloscopio al extremo de entrada del filtro y la sonda CH2 al extremo de salida del filtro.

2. Ajuste el osciloscopio

En el osciloscopio, establezca la base de tiempo en 200 ?s/Div para que la señal de un ciclo se pueda mostrar claramente. Al mismo tiempo, establezca la sensibilidad vertical en 500 mV/Div para garantizar que la amplitud de la señal se muestre completamente en la pantalla.

3. Exploración de frecuencia

Aumente gradualmente la frecuencia del generador de señales, comenzando desde 1 kHz y aumentando en 500 Hz cada vez, y registre las señales de entrada y salida en el osciloscopio a amplitud de cada punto de frecuencia. Por ejemplo:

· 1 kHz: amplitud de entrada 1 Vpp, amplitud de salida 1 Vpp

· 5 kHz: amplitud de entrada 1 Vpp, amplitud de salida 0,9 Vpp

· 10 kHz: amplitud de entrada 1 Vpp, amplitud de salida 0,707 Vpp

· 15 kHz: amplitud de entrada 1 Vpp, amplitud de salida 0,5 Vpp

· 20 kHz: amplitud de entrada 1 Vpp, salida amplitud 0,35 Vpp

4. Determine la frecuencia de corte

Trace estos datos en una curva de respuesta de frecuencia y encuentre el punto en el gráfico donde la amplitud de salida cae a 70,7 de la entrada. amplitud (punto -3dB). Según nuestros registros, se encontró que la señal de salida a 10 kHz es de 0,707 Vpp, es decir, la frecuencia de corte del filtro es de 10 kHz.

6. Resumen

A través del método anterior, medimos con éxito la frecuencia de corte del filtro usando un osciloscopio. Este proceso implica la configuración del generador de señales y del osciloscopio, barridos de frecuencia y registro y análisis de datos. La clave es registrar con precisión las amplitudes de las señales de entrada y salida en cada punto de frecuencia y determinar el punto de -3 dB trazando la curva de respuesta de frecuencia.

Dominar este método de medición no solo puede ayudarnos a comprender profundamente el principio de funcionamiento del filtro, sino también a mejorar las capacidades de prueba y resolución de problemas en aplicaciones de ingeniería reales. Espero que la introducción detallada y el análisis de ejemplos de este artículo puedan brindarle una guía efectiva y ayudarlo a aplicar mejor este método técnico en experimentos y trabajos.

Bienvenido a visitar el sitio web oficial de Puyuan Precision Electronics para conocer los detalles y cotizaciones de los productos de osciloscopios.