Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


Проектирование и анализ активного электрического фильтра

7409
знаков
1
таблица
8
изображений

Министерство образования РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ РАДИОТЕХНИКИ


ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ АКТИВНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Пояснительная записка


Руководитель _______________ Ковалев Е. И.

Студент _______________ Устьянцев К.Ю.

Екатеринбург 2008


АННОТАЦИЯ

 

В данной работе проводится расчёт активного фильтра нижних частот Чебышева. Определяется порядок фильтра и значения компонентов. Приводится полная схема фильтра, проводится анализ АЧХ и ФЧХ. Исследуется влияние разброса параметров резисторов и конденсаторов относительно номинальных. Анализ и проектирование выполнены с помощью компьютерной программы Microcap.


СОДЕРЖАНИЕ Введение Перечень условных обозначений Задание на курсовую работу Расчетная часть Построение АЧХ и ФЧХ рассчитанного фильтра Передаточная функция ФНЧ Баттерворта Заключение Список литературы
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

fC – частота среза фильтра, кГц.

fS. – граница частоты подавления, кГц

S – нормированная частота, соответствующая частоте fS.

K – коэффициент усиления фильтра в полосе пропускрния

Rн – сопротивление нагрузки, Ом.

A – минимальное затухание в полосе задерживания, дБ.

 неравномерность передачи в полосе пропускания, дБ.

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика.

ФЧХ – фазово-частотная характеристика.

С – емкость.

ОУ – операционный усилитель

Ко - коэффициент усиления ОУ


ВВЕДЕНИЕ

Передача и обработка цифровых сигналов электросвязи, сигналов радио и телевидения и т.д. требуют создания электронных цепей, которые в определенной полосе частот обладали бы наперед заданными свойствами амплитудно-частотных и фазо- частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ). Этими устройствами являются электрические фильтры. Они бывают реактивными и активными. В данной работе будет рассмотрено проектирование активного электрического фильтра.

Активными называются электрические фильтры, в состав которых наряду с пассивными входят также усилительные или независимые элементы. Наибольшее распространение получили активные RC-фильтры (ARC-фильтры), которые не содержат индуктивных элементов и могут быть реализованы в виде интегральных схем.

Широкое распространение получили ARC-фильтры на основе усилителей с конечным усилением, ОУ-(операционный усилитель) и преобразователей сопротивления.

В данной работе будет использовано 2 операционных усилителя и RC-цепочки, состоящих из трех сопротивлений и двух емкостей. И на основе этих элементов будет реализован низкочастотный ARC-фильтр.


Задание на курсовую работу

1.  Спроектировать активный фильтр на основе каскадного соединения звеньев, состоящих из резисторов, конденсаторов и операционных усилителей, удовлетворяющих нижеперечисленным требованиям.

2.  Привести полную схему фильтра и рассчитать его АЧХ и ФЧХ.

3.  Выполнить анализ спроектированного фильтра с учетом указанных ниже условий. Расчет характеристик производиться на ЭВМ.

Тип фильтра – ФНЧ Баттерворта.

Значения параметров фильтра заданы в табл.1.

Табл. 1

Параметр Значение

fС , кГц

20

fS , кГц

30

A , дБ

20

 

Ко

106

 

К 4

Rн , Ом

75

Rвх, кОм

100

Rвых, Ом

1

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Анализ требований, предъявляемых к АЧХ фильтра

Фильтр низких частот представляет собой устройство, пропускающее сигналы низких частот и подавляющее сигналы высоких частот. Характеристика фильтра Баттерворда содержит пульсации в полосе пропускания и монотонна в полосе задерживания. АЧХ имеет полосу пропускания от 0 до fс=20 КГц и полосу подавления от fs=30 КГц и до бесконечности. Полоса пропускания - диапазон частот, в котором затухание минимально. Полоса подавления - диапазон частот, в котором затухание фильтра максимально.

Передаточная функция ФНЧ Баттерворда n-го порядка состоит из следующих n/2 сомножителей второго порядка [1, стр. 13] :

,

А в случае, если порядок n является нечетным, то добавляется сомножитель первого порядка [1, стр. 17]:

,

где  - частота среза, а B и C – нормированные коэффициенты звена фильтра нижних частот второго (первого) порядка, которые приводятся в таблицах. K - коэффициент усиления звена.

Для расчёта ФНЧ необходимо в первую очередь определить его. Зная порядок фильтра, определяют количество звеньев. Затем выбирают одну из схем, реализующих типовые звенья второго и первого порядков, и рассчитывают параметры этих схем.

Передаточная характеристика фильтра

Передаточная характеристика звена второго порядка имеет вид [1, стр. 13]:

.

Передаточная характеристика звена первого порядка имеет вид [1, стр. 17]:

.

Итоговое уравнение передаточной характеристики формируется перемножением передаточных характеристик каждого звена с подставленными коэффициентами К1, К2, К2, B и С.

В каждом случае К представляет коэффициент усиления звена,  частоту среза фильтра., а коэффициенты В, С взяты из таблицы справочника. Для получения выражения функции АЧХ нашего фильтра, нужно подставить значения коэффициентов В, С из таблицы.

В результате получается следующее уравнение:

.


Согласно заданию, коэффициент усиления фильтра в полосе пропускания должен равняться 4 (K=4). Из этого следует, что произведение коэффициентов усиления каждого звена фильтра должно также равняться 4 (K1K2К3=4). Тогда выберем коэффициент первого звена К1=2, второго К2=1,25, а коэффициент третьего звена К3=1,6.

Коэффициенты будут иметь следующий вид:

- для звена второго порядка: В=1,141214

С=1,000000;

Рассчитаем передаточную характеристику для каждого звена

Для звена второго порядка:

.

Передаточная характеристика фильтра

Расчет фильтра

Нормирование частоты.

=30/20=1,5

Выбор порядка фильтра-прототита.

По графику, изображенного на рисунке 1, с учетом коэффициента затухания выбираем порядок фильтра: n=6.

Рис.1

Необходимый порядок АФ может быть получен последовательным соединением типовых каскадов 2-го и 3-го порядка. Если порядок АФ n—четное число, то используется n/2 каскадов 2-го порядка. Если же n—нечётное число, то используется (n-2)/2 каскадов второго порядка и один каскад 3-го порядка.

Каждый отдельный каскад имеет единичное усиление, а очень малое выходное сопротивление операционных усилителей позволяет осуществлять непосредственное соединение каскадов. Номиналы элементов схемы некоторых АФ представлены в таблице.

Рассчитаем элементы схемы первого каскада:

,

где С=1, В=1,414214

Составим схему требуемого АФ Баттерворта 6-го порядка:

Рис. 2

Построение АЧХ и ФЧХ рассчитанного фильтра

Для построения АЧХ и ФЧХ использовалась программа Microcap


АЧХ

ФЧХ

Фильтр имеет максимально плоскую характеристику в полосе пропускания вблизи нулевой частоты и далее монотонно возрастающее затухание с бесконечным затуханием при w=¥.

Влияние коэффициента усиления операционного усилителя на форму АЧХ и ФЧХ.
Заключение

В данной курсовой работе был разработан активный электрический фильтр Баттерворта 6-го порядка на основе идеального операционного усилителя (ОУ), получены навыки в проектировании фильтров при использовании современных методов расчета – программы Microcap.

Для полученного фильтра с помощью ЭВМ были построены АЧХ и ФЧХ фильтра.

Спроектированный фильтр, если не учитывать небольшие неточности, может быть успешно использован в радиоэлектронной аппаратуре.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Джонсон Д. Справочник по расчету активных фильтров М.1986

2.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ: Методические указания к курсовой работе по курсу "Теория радиотехнических сигналов и цепей" /В.Г.Коберниченко. А.П.Мальцев. Екатеринбург: УПИ, 1992. 36 с.





Информация о работе «Проектирование и анализ активного электрического фильтра»
Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 7409
Количество таблиц: 1
Количество изображений: 8

Похожие работы

Скачать
33295
3
11

... : Наукова думка, 2010. – 205 с. 4.  Лурье, О.Б. Интегральные микросхемы в усилительных устройствах [Текст] / О.Б. Лурье. – М. : Радио и связь, 2008. – 175 с. 5.  Лыпарь, Ю.И. Проектирование оптимальных структур активных RC-фильтров [Текст] / Ю.И. Лыпарь, Д.А. Скобейка // Избирательные системы с обратной связью. – 2007. – Вып. 6. – С. 141. 6.  Лыпарь, Ю.И. Структурный синтез электронных цепей [ ...

Скачать
32354
41
21

... хода 4х-П представляет собой частный случай входного сопротивления (1.5) при Сопротивление короткого замыкания получается из (1.5) при   1.4 Передаточная функция четырехполюсника При проектировании радиотехнических устройств широко применяются электрические фильтры, которые удобно рассматривать как 4х-П, предназначенные для передачи сигналов от входа к выходу с определенной ...

Скачать
31278
2
0

... Для уменьшения массы и габаритных размеров готового устройства выбираются планарные корпуса микросхем мА741, R01374 и вМ324. 2. Расширенное техническое задание Наименование изделия: "Эквалайзер с активными фильтрами". Эквалайзер представляет собой многополосный регуляторы тембра, позволяющий осуществлять одновременную и взаимонезависимую регулировку на нескольких частотах, предназначен для ...

Скачать
35322
1
25

... -аналоговый преобразователь (двенадцатиразрядный ЦАП К572ПА2А ), так как в техническом задании указано условие цифровой формы входного сигнала . Для согласования напряжения на выходе ЦАП и входе фильтра на выход ЦАП ставится ОУ с резистором в цепи обратной связи . R=Uвх.фильтра / I вых.цап = 1/(0.0008)=1.25 Ком Схема фильтра ...

0 комментариев


Наверх