Проектуванняі розрахунок смугового фільтра
Реферат
Курсова робота:18с., 8 рис., 2 табл., 3 джерела.
Об'єкт дослідження -активний смуговий фільтр на операційному підсилювачі.
Мета роботи - розрахунок ісинтез схеми смугового фільтра на інтегральному операційному підсилювачі, аналізамплітудно-частотної характеристики отриманого пристрою.
Метод дослідження -формування віртуальної моделі фільтра, визначення електричних параметрів(По засобам ЕОМ).
Спроектований фільтр наопераційному підсилювачі з многопетлевой зворотним зв'язком. Пристрійхарактеризується наступними параметрами: частота зрізу, смуга пропускання О”f = 250 Гц, коефіцієнтом передачі всмузі пропускання, нахил АЧХ 40 (дБ/дек).Встановлено, що обрана схема фільтра є однією з найбільш дешевих вреалізації, при дотриманні пропонованих до неї вимог.
Ключові слова:
операційного підсилювача,Смуговий фільтр, амплітудно-частотних характеристик, частота зрізу, ШПАЛЬТАПРОПУСКАННЯ, негативного зворотного зв'язку.
Зміст
Введення
1 Аналіз технічного завдання
2 Синтез схеми і розрахунок елементів фільтра
3 Розрахунок АЧХ фільтра на ЕОМ
4 Підбір елементів для схеми
Висновки
Список використаних джерел
Введення
Ланцюги фільтрації сигналів- Важлива і невід'ємна частина багатьох систем зв'язку та електричнихконтрольно-вимірювальних пристроїв. Вони служать для формування частотнихканалів в системах комутації, поділу та перетворення електричнихсигналів.
У більшості випадківелектричний фільтр являє собою частотно-виборчі пристрій.Отже, він пропускає сигнали певних частот і затримує абопослаблює сигнали інших частот. Найбільш загальними типами частотно-виборчихфільтрів є фільтри нижніх частот (які пропускають низькі частоти ізатримують високі частоти), фільтри верхніх частот (які пропускають високічастоти і затримують низькі частоти), полосно-проникні фільтри (якіпропускають смугу частот і затримують ті частоти, які розташовані вище абонижче цієї смуги) і полосно-фільтр, що загороджує (які затримують смугучастот і пропускають ті частоти, які розташовані вище або нижче цієї смуги).
На практиці неможливореалізувати ідеальну амплітудно-частотну характеристику фільтра, оскількипотрібно сформувати дуже вузьку перехідну область. Отже, основнапроблема при конструюванні фільтра полягає в наближенні реалізованоїреальної характеристики із заданим ступенем точності до ідеальної.
1. Аналіз технічногозавдання
Фільтри- Це частотно-виборчі пристрої, які пропускають або затримуютьсигнали, що лежать в певних смугах частот. До 60-х років для реалізаціїфільтрів застосовувалися, в основному, пасивні елементи, тобто індуктивності,конденсатори і резистори. Основною проблемою при реалізації таких фільтріввиявляється розмір котушок індуктивності (на низьких частотах вони стаютьзанадто громіздкими). З розробкою в 60-х роках інтегральних операційнихпідсилювачів з'явився новий напрямок проектування активних фільтрів на базіОУ. В активних фільтрах застосовуються резистори, конденсатори і підсилювачі(Активні компоненти), але в них немає котушок індуктивності. В подальшомуактивні фільтри майже повністю замінили пасивні. Зараз пасивні фільтризастосовуються тільки на високих частотах (вище 1 МГц), за межами частотногодіапазону більшості ОУ широкого застосування. Але навіть у багатьох високочастотнихпристроях, наприклад у радіопередавачах і приймачах, традиційні пасивні RLC-фільтри замінюються кварцовимифільтрами і фільтрами на поверхневих акустичних хвилях.
Заразу багатьох випадках аналогові фільтри замінюються цифровими. Робота цифровихфільтрів забезпечується, в основному, програмними засобами, тому вонивиявляються значно більш гнучкими в застосуванні в порівнянні з аналоговими.За допомогою цифрових фільтрів можна реалізувати такі передаточні функції,які дуже важко отримати звичайними методами. Тим не менш, цифрові фільтрипоки не можуть замінити аналогові у всіх ситуаціях, тому зберігаєтьсяпотреба в найбільш популярних аналогових фільтрах - активних RС-фільтрах.
Фільтриможна класифікувати за їх частотним характеристикам, що в умовному виглядіпоказано на рис. 1.1. На цьому малюнку зображені характеристики фільтра нижніхчастот (ФНЧ), фільтра верхніх частот (ФВЧ), смугового фільтра (ПФ),полосно-переважної фільтра (ППФ) і фільтра - "пробки" (режекторногофільтра - РФ). Характеристика фазового фільтру (ФФ) на малюнку не показана, томуйого коефіцієнт передачі не змінюється з частотою. Основна функція будь-якогофільтра полягає в тому, щоб послабити сигнали, що лежать в певнихсмугах частот, внести в них різні фазові зрушення або ввести тимчасовузатримку між вхідним і вихідним сигналами.
Здопомогою активних RС-фільтрів не можнаотримати ідеальні форми частотних характеристик у вигляді показаних на рис. 1.1прямокутників зі строго постійним коефіцієнтом передачі в смузіпропускання, нескінченним ослабленням в смузі придушення і нескінченноїкрутизною спаду при переході від смуги пропускання до смуги придушення.Проектування активного фільтра завжди являє собою пошук компромісуміж ідеальною формою характеристики і складністю її реалізації. Ценазивається "проблемою апроксимації". У багатьох випадках вимоги доякістю фільтрації дозволяють обійтися найпростішими фільтрами першого або другого порядків. Проектуванняфільтра в цьому випадку зводиться до вибору схеми з найбільш придатноюконфігурацією і подальшого розрахунку значень номіналів елементів дляконкретних частот.
Однакбувають ситуації, коли вимоги до фільтрації сигналу можуть виявитися набагатобільш жорсткими, і можуть знадобитися схеми фільтрів з характеристиками більшвисоких порядків, ніж перший чи другий.
Малюнок1.1-Основні типи фільтрів.
Реальніхарактеристики фільтрів, а саме нижніх частот, верхніх частот і смуговогофільтра, - показані на малюнку 1.2.
Малюнок1.2 - АЧХ фільтрів.
На цихмалюнках суцільними лініями зображені ідеальні характеристики фільтрів.Пунктирні лінії показують відхилення реальних характеристик від ідеальних. Основними параметрами фільтрів нижніх і верхніх частотє частота зрізу f 0 , коефіцієнт передачі в смузі пропусканняДо про , нахил АЧХ в смузі обмеження п і нерівномірність АЧХ в смузіпропускання. Для смугових фільтрів за аналогією з виборчимипідсилювачами вводять поняття добротності Q і посилення До про на частоті f 0 .
2. Синтезсхеми і розрахунок елементів фільтра
2.1 Вихідні дані тавимоги для проектування фільтра
Тип фільтра - ПФ
Частота зрізу, f 0
5000
Гц
Коефіцієнт передачі в смузі пропускання, До 0
6
Нахил АЧХ в смузі обмеження, n
40
дБ/дек
Нерівномірність АЧХ в смузі пропускання, О”К
20
дБ
Смуга пропускання, О”f
250
Гц
2.2Розробка функціональної схеми
На рис. 2.1приведена структурна схема фільтру з многопетлевой зворотним зв'язком. Коженпасивний двополюсний елемент у цій схемі може бути або резистором, абоконденсатором.
Малюнок2.1 - структурна схема фільтру
Передавальнафункція для даної схеми має вигляд
(2.1)
Для тогощоб схема на рис. 2.1 виділяла смугу частот, передатну фу...
