Министерство образования и науки Украины
Приазовский государственный технический Университет
Кафедра АЭС и ЭП
Пояснительная записка к курсовой работе
«Инженерный расчёт активных фильтров»
по курсу «Элементы автоматических устройств»
Выполнил
Принял
Мариуполь 2003
Содержание
Задание
Краткие теоретические положения
Расчёт фильтра Баттерворта нижних частот четвёртого порядка
Расчёт фильтра Чебышева высоких частот четвёртого порядка
с неравномерностью 0,5dB
Расчёт полосового фильтра первого порядка
Заграждающий фильтр первого порядка
Выводы
Задание к курсовой работе
Необходимо выполнить расчёт и моделирование четырёх активных фильтров.
1. Определить необходимый порядок фильтра.
2. Выполнить расчёт основных параметров фильтра, получить выражение для коэффициента передачи в функции частоты.
3. Используя MathCad построить желаемую ЛАЧХ
4. Составить принципиальную схему и рассчитать.
5. Выбрать активные и пассивные элементы фильтра.
6. Произвести моделирование.
7. Сделать выводы сравнив аналитически рассчитанные и полученные путём моделирования данные.
АЧХ |
Крутизна спада |
Частота среза |
Ширина ПП |
k |
9 |
ФНЧ |
-80 |
915 |
- |
n |
13 |
ФВЧ |
-80 |
8750 |
- |
m |
3 |
ПФ |
-20 |
4090 |
130 |
ЗФ |
-20 |
915 |
390 |
Краткие теоретические положения
Фильтры это устройства которые необходимы для выделения из всего спектра частот, какой то одной частоты (либо спектра частот) и её передачу в отдельности от других, либо наоборот её подавление.
Простые фильтры первого порядка могут выполняться на простых RCL-цепочках, при этом спад АЧХ такого фильтра будет 20дБ/дек, если же необходимо добиться более крутого спада АЧХ то необходимо применять фильтры более высокого порядка, такие фильтры можно сделать только с использованием активных элементов.
Пассивные RLC-цепи
Фильтр нижних частот
Такой фильтр обеспечивает передачу сигнала на нижних частотах и затухание на частоте превышающей частоту среза фильтра.
Описание в частотной области
Передаточная функция звена
Учитывая,что получим.
Положив что получим выражение для частоты среза
Фазовый сдвиг на этой частоте составляет -45Как видно из диаграммы Боде, АЧХ
просто представить из двух асимптот:
1) [A]=0 Дб на нижних частотах f<<fg
2) На высоких частотах fg <<f [A]=1/RC
-коэффициент усиления пропорционален частоте. При увеличении частоты в 10 раз коэффициент уменьшается в 10 раз, т.е -20 Дб на декаду.
3)
Фильтр верхних частот
Фильтр верхних частот -это схема, которая передает без изменений сигналы высоких частот, а на низких частотах обеспечивает затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных сигналов.
Из формулы следует, что модуль комплексного коеф. усиления и угол сдвига определяются как
Выражение для частоты среза совпадает с соответствующим выражением для фильтра нижних частот. Фазовый сдвиг на этой частоте составляет + 45. Как и для фильтра нижних частот, наиболее просто составить АЧХ в двойном логарифмическом масштабе с помощью асимптот:
1)|A|=1=`0 дБ, на высоких частотах f>>fg.
2) На низких частотах f<<fg |A|=RCкоэффициент усиления пропорционален частоте. Наклон асимптоты равняется + 20 дБ на декаду.
3)
Активные фильтры
Как и в пассивных фильтрах, RC-элементы являются неотъемлемой частью и в активных цепях. Меняя их параметры можно добиться нужного вида АЧХ. Если необходимо получить более быстрое уменьшение коэффициента передачи, можно включить nфильтров нижних частот последовательно.
Передаточная функция фильтра нижних частот в общем виде выглядит так:
, порядок фильтра определяется максимальной степенью P.
Передаточная функция фильтра верхних частот в общем виде выглядит так:
, порядок фильтра определяется максимальной степенью P.
Заграждающий либо полосовой фильтр можно получить путём соединения ФВЧ и ФНЧ, при этом передаточная характеристика результирующего фильтра будет произведением передаточных функций полюсов.
Расчёт фильтра Баттерворта нижних частот четвёртого порядка
Результаты моделирования в пакете
Multisim
2001
Исследуемая схема
Диаграмма Боде исследуемого фильтра
Реакция фильтра на сигнал прямоугольной формы
1.
2.
3.
4.
5.
Расчёт фильтра Чебышева высоких частот четвёртого порядка с неравномерностью 0,5dB .
Моделирование работы схемы в пакете Multisim 2001
Исследуемая схема
Диаграмма Боде исследуемого фильтра
Реакция фильтра на сигнал прямоугольной формы
1.
2.
3.
4.
5.
Расчёт полосового фильтра первого порядка
Моделирование работы схемы в пакете Multisim 2001
Исследуемая схема.
Диаграмма Боде исследуемого фильтра
Данный фильтр отвечает поставленными нами требованиям
Импульсный режим работы фильтра
1.
2.
3.
4.
5.
Полосовые фильтры с успехом могут применяться в активных акустических системах Hi-End класса, в средствах связи. Причём если это радиосвязь, то фильтр будет работать на относительно высоких частотах, если же связь осуществляется по каким либо коммутируемым линиям, например телефонная связь, то частота сигнала не будет превышать 10кГц и, следовательно, не потребуется особый подбор элементов по каким то частотным критериям.
Заграждающий фильтр первого порядка
Моделирование работы схемы в пакете
Multisim
2001
Исследуемая схема
Диаграмма Боде исследуемого фильтра
1.
2.
3.
4.
5.
Полученная модель заграждающего фильтра на основе аналитического расчёта вполне соответствует заданным характеристикам.
Выводы по курсовому проекту
В данной работе были спроектированы четыре типа активных фильтров, а так же составлены модели и проверены на работоспособность и соответствие поставленным требованиям.
Проектирование активных аналоговых фильтров является довольно полезным опытом, так как фильтры находят применения во многих электронных устройствах, будь то средства связи, акустические системы или источники питания.
Курсовой проект позволил не только получить опыт аналитического расчёта, но и научиться выбирать активные и пассивные элементы схем в соответствии с поставленными техническими требованиями и характеристиками.
Другие работы по теме:
Спектральный метод анализа сигналов
Курсовая работа на тему: Спектральный метод анализа сигналов Содержание Расчёт автокорреляционной функции 5 2.1 Расчёт комплексной частотной характеристики 13
Расчёт комплекса из двух ректификационных колонн
Расчет комплекса для разделения трёхкомпонентной смеси из двух ректификационных колонн. Схемы разделения смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат. Графики зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор и флегмового числа от количества тарелок.
Расчет и проектирование шатуна
Реферат тема: "Расчет и проектирование шатуна" Автор: Кирсанов Эдуард Александрович Примечание: хоть здесь и менее 10 страниц, этот проект по Инженерно-технической подготовке
Теплотехника 2
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА» (СГАУ)
Введение
Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, изготовляемой продукции 72
1. 1 Характеристика линейной части
Реферат Введение 1 Технологическая часть 1.1 Характеристика линейной части 1.2 Характеристика ЛПДС “Пермь” 1.3 Эксплуатация РП 1.4 Расчёт емкости резервуарного парка
Михайловский замок
Построен как дворец Павла I. Основой проекта, разработанного В. Бренной, послужил набросок дворца-замка, исполненный самим императором. В плане здание представляет квадрат со скругленными углами и внутренним восьмиугольником двора.
Расчет LC- и ARC-фильтров
Санкт-петербургский Государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича Курсовая работа по ОТЦ на тему: "Расчет LC- и ARC- фильтров"
Фильтры верхних частот
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Систем Автоматического Управления
Моделирование пассивных и активных фильтров
Министерство образования и науки Украины Моделирование пассивных и активных фильтров ЦЕЛЬ РАБОТЫ Пользуясь программной средой Electronics Workbench смоделировать: пассивные фильтры низкой частоты (ФНЧ), однозвенные и двухзвенные; пассивные фильтры высокой частоты (ФВЧ), однозвенные и двухзвенные; полосовой и режекторный фильтры (ППФ); активный ФНЧ на ОУ; активный ФВЧ на ОУ; полосовой фильтр активного типа.
Сглаживающие фильтры
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники” Кафедра защиты информации РЕФЕРАТ на тему: СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ МИНСК, 2009
Селективный усилитель
Министерство образования Российской Федерации ГОУ УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ-УПИ Кафедра "Радиоэлектроники информационных систем"
Фильтр нижних частот
Особенности синтеза фильтров радиотехнической аппаратуры. Понятие, назначение, применение, типы и принципы проектирования активных фильтров. Анализ проблемы аппроксимации активных фильтров. Общая характеристика и схема фильтра низких частот Баттерворта.
Проектирование и анализ активного электрического фильтра
Разработка активного электрического фильтра Баттерворта 6-го порядка на основе идеального операционного усилителя (ОУ). Изучение проектирования фильтров при использовании современных методов расчета – программы Microcap. Построение АЧХ и ФЧХ фильтра.
Проектирование дифференциального усилителя
Расчёт и обоснование требуемых характеристик источника питания. Определение и выбор всех элементов схемы (номиналов и мощностей). Вычисление параметров конденсаторов, резисторов, транзисторов. Расчёт КПД схемы при синусоидальном входном сигнале.
Расчёт цепей на переходные процессы
Расчёт и исследование электрических цепей при переходных процессах: до коммутации; установившийся режим; переходной процесс; график. Особенности применения классического и операторного метода при решении задач. Вид характерного уравнения с неизвестным.
Моделирование пассивных и активных фильтров
Моделирование пассивных фильтров низкой частоты: однозвенных и двухзвенных. Пассивные и активные высокочастотные фильтры. Параметры элементов трехконтурного режекторного фильтра. Описание полосового фильтра активного типа. Электрическая схема фильтра.
Селективный усилитель
Разработка селективного усилителя, обладающего заданными параметрами. Функциональная схема селективного усилителя. Расчёт элементов предварительного усилителя, полосовых фильтров, сумматора. Область применения селективных усилителей, полоса прозрачности.
Проектирование и расчёт полосного фильтра
Синтез схемы полосового фильтра на интегральном операционном усилителе с многопетлевой обратной связью. Анализ амплитудно-частотной характеристики полученного устройства, формирование виртуальной модели фильтра и определение электрических параметров.
Баннер, Пётр Петрович
Пётр Петрович Баннер (1715—1783) — генерал-поручик, участник Семилетней войны, начальник артиллерии в Казани. Родился в 1715 году в Финляндии, род свой ведёт из Дании, откуда в 1704 году выехал на русскую службу его отец. Образование по инженерному искусству и артиллерии Баннер получил дома и, по экзамену в Санкт-Петербургской артиллерийской чертёжной школе, в 1731 году принят на службу в Инженерный корпус кондуктором, а три года спустя, по собственному желанию, был переведён с чином сержанта в артиллерию.
Ставицкий, Максим Фёдорович
Максим Фёдорович Ставицкий (1778 – 1841) — российский командир эпохи наполеоновских войн, генерал-лейтенант. Биография «Из полтавских дворян, капитанский сын». 25 сентября 1784 поступил в Артиллерийский и Инженерный шляхетский кадетский корпус, из которого выпущен штык-юнкером в Артиллерийский Гребного флота батальон 7 мая 1791.
Бороздин, Михаил Михайлович
Михаи́л Миха́йлович Борозди́н 1-й (8 июля 1767, Псковская губерния — 14 октября 1837, Симферополь) — военачальник российской императорской армии, генерал-лейтенант (5.11.1799).
Буксгевден Федор Федорович
Граф, русский генерал от инфантерии; в 1764 г. поступил в артиллерийский и инженерный корпус и еще кадетом отправлен в турецкий поход.
Расчёт осветительной установки
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО БЖД Тема: Расчёт осветительной установки Задание Рассчитать осветительную установку для 520 аудитории. Общее равномерномерное освещение. Светильник ЛПП-40*20 ЛБ-40. ФЛ = 3 000 лм, ηИС = 0,53, λ = 1,4.Размеры аудитории 5х8х3,2 м3. Высота от потолка до центра светильника hС = 0,1 м, высота рабочей поверхности над полом hр =0,8 м.