Перейти к содержанию

Лабораторная 10.1 — Пассивный RC-фильтр

Цель

Научиться рассчитывать простой RC-фильтр и объяснять, как он влияет на сигнал перед измерением или SDR-захватом.

Что выполняется

В работе студент:

  1. выбирает тип фильтра;
  2. рассчитывает частоту среза;
  3. выбирает номиналы R и C;
  4. строит схему подключения;
  5. оценивает применимость фильтра для SDR-стенда.

Результат

После выполнения работы должны быть получены:

  • расчёт RC-фильтра;
  • схема подключения;
  • таблица параметров;
  • инженерный вывод.

Подробная техническая часть

Инженерный вопрос

Как простая цепь из резистора и конденсатора ограничивает полосу и уменьшает нежелательные составляющие перед SDR-приёмником?

Частота среза ФНЧ

f_c = 1 / (2*pi*R*C)

Пример расчёта

Параметр Значение
R 1 кОм
C 100 нФ
Ожидаемая частота среза приблизительно 1,59 кГц

Практические шаги

  1. Выберите целевую частоту среза.
  2. Подберите доступные номиналы резистора и конденсатора.
  3. Рассчитайте ожидаемую частоту среза.
  4. Нарисуйте схему.
  5. Соберите или смоделируйте схему.
  6. Измерьте или оцените амплитудную характеристику.
  7. Сравните ожидаемую и измеренную частоту среза.

Концепция схемы

flowchart LR
    VIN[Вход] --> R[Резистор]
    R --> VOUT[Выход]
    VOUT --> C[Конденсатор на землю]
    C --> GND[Земля]

Эталонный расчёт и чего ожидать

Рассчитайте пример из таблицы выше (по умолчанию в скрипте C = 1 нФ, что даёт 159 кГц, поэтому передайте значения явно):

python blocks/block_10_kicad_and_basic_electronics/python/lab_10_2_rf_passives_design.py \
  --resistance-ohm 1000 --capacitance-f 100e-9 --rc-reference-frequency-hz 1591.55 \
  --json-out lab101_rc.json

Ожидается: RC cutoff: 1591.549 Hz, а в lab101_rc.json АЧХ равна 0 дБ на постоянном токе, -3,01 дБ на частоте среза и -20,04 дБ на десятикратной частоте среза: фильтр первого порядка спадает на 20 дБ на декаду. Это идеальный расчёт; измеренные значения нужно приводить отдельно.

Упражнения

  1. Запустите скрипт с параметрами по умолчанию и объясните напечатанное RC cutoff: 159154.943 Hz через R и C.
  2. Подключите фильтр 1 кОм / 100 нФ ко входу SDR 50 Ом вместо высокоомного пробника. Нагрузка оказывается параллельно C: усиление на постоянном токе становится 50 / 1050 = -26,4 дБ, а частота среза смещается к 1 / (2 pi (R || 50 Ом) C) = 33,4 кГц. Объясните, почему фильтр, рассчитанный на высокоомную нагрузку: неподходящий инструмент перед приёмником 50 Ом.
  3. Поменяйте местами R и C, чтобы получить ФВЧ с той же частотой среза. Какова его АЧХ на 159 Гц и на 15,9 кГц?

Чек-лист отчёта (расширенный)

  • Указана целевая частота среза.
  • Указаны выбранные R и C.
  • Рассчитана ожидаемая частота среза.
  • Нарисована схема.
  • Объяснено, ФНЧ это или ФВЧ.
  • Объяснено, как его можно использовать на стенде SDR.

Инженерный вывод

Выбранный RC-фильтр использует R = ____ и C = ____, что даёт ожидаемую частоту среза ____ Гц.
Цепь подходит / не подходит для стенда SDR, потому что ______.