Фільтр верхніх частот - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Огляд аналогічних схем та особливості проектування фільтрів. Визначення полінома Баттерворта. Вибір типів резисторів, конденсаторів та операційних підсилювачів. Розрахунок елементів схеми. Методика налагодження та регулювання розробленого фільтра.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Харківський національний університет радіоелектроніки
Мета роботи - синтез схеми активного RC-фільтра та розрахунок компонентів схеми.
Метод дослідження - апроксимація АЧХ фільтра поліномом Баттерворта.
Апроксимована передаточна функція реалізована з допомогою активного фільтра. Фільтр побудоване каскадним з'єднанням незалежних ланок. В активних фільтрах використані неінвертуючі підсилювачі зі скінченим підсиленням, які реалізовані з допомогою операційних підсилювачів.
Результати роботи можуть використовуватися для синтезу фільтрів радіотехнічної апаратури.
Прогнозні пропозиції щодо розвитку об'єкта дослідження - пошук оптимальних схем фільтрів.
АКТИВНИЙ ФІЛЬТР, АПРОКСИМАЦІЯ, ОПЕРАЦІЙНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ, ПЕРЕДАТОЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА
До недавнього часу результати порівняння цифрових і аналогових приборів в радіоапаратурі і технічних засобах електрозв'язку не могли не визивати відчуття незадоволення. Цифрові вузли, що реалізувалися з широким використанням інтегральних мікросхем, якісно відрізнялися своєю конструктивно-технологічною завершеністю. По іншому було з аналоговими вузлами обробки сигналів, які, наприклад, в телекомунікація складали від 40 до 60 % об'єму і маси апаратури зв'язку. Громіздкі, які містять велику кількість ненадійних і трудомістких намотаних елементів, виглядали жахливо на фоні великих інтегральних схем, що викликало у багатьох спеціалістів думку про необхідність «тотальної цифризації» радіоелектронної апаратури.
Але останнє не могло привести до очікуваних результатів. Істина опинилася десь посередині. В деяких випадках більш ефективною виявилася апаратура на функціональних аналогових вузлах, елементний базис яких адекватний можливостям і обмеженням мікроелектроніки.
Адекватність в даному випадку може бути забезпечена переходом до активних RC-кіл, в елементний базис яких не входять котушки індуктивності і трансформатори, які принципово не реалізовані засобами мікроелектроніки.
Вмотивованість такого переходу визначається в теперішній час, з одного боку, досягненнями теорії активних RC-кіл, а з іншої - успіхами мікроелектроніки, що дали розробникам високоякісні лінійні інтегральні схеми, серед яких і інтегральні операційні підсилювачі (ОП). Ці ОП, володіючи великими функціональними можливостями, значно збагатили аналогову схемотехніку. Особливо ярко це проявилося в схемотехніці активних фільтрів.
До 60-х років для реалізації фільтрів використовувалися в основному пасивні елементи, тобто індуктивності, конденсатори та резистори. Основною проблемою при реалізації таких фільтрів виявлявся розмір котушок індуктивності (на низьких частотах вони були занадто громіздкими). Із розробкою в 60-х роках інтегральних операційних підсилювачів з'явився новий напрямок проектування активних фільтрів на базі ОП. В активних фільтрах використовуються резистори конденсатори и ОП (активні компоненти), але них нема котушок індуктивності. Далі активні фільтри майже повністю замінили пасивні. Зараз пасивні фільтри використовуються лише на високих частотах (вище 1 МГц), за границею частотного діапазону ОП широкого використання. Але навіть в багатьох високочастотних приладах, наприклад, в радіопередавачах і приймачах, традиційні RLC-фільтри заміняються кварцовими фільтрами і фільтрами на поверхневих акустичних хвилях.
Зараз в більшості випадків аналогові фільтри замінюються цифровими. Робота цифрових фільтрів забезпечується, в основному, програмними засобами, тому вони виявляються значно більше гнучкими в використанні порівняно з аналоговими. За допомогою цифрових фільтрів можна реалізувати такі передатні функції, які дуже важко отримати звичайними методами. Але все-таки, цифрові фільтри поки що не можуть замінити аналогові в усіх випадках, тому зберігається необхідність найбільш популярних аналогових фільтрах - RC-фільтрах.
1. ОГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ СХЕМ ТА ОСОБЛИВОСТІ ПРОЕКТУВАННЯ ФІЛЬТРІВ
Фільтри - це частотно-селективні прибори, які пропускають або затримують сигнали, що лежать в деяких визначених смугах частот.
Фільтри можна класифікувати по їх частотним характеристикам:
Фільтри нижніх частот (ФНЧ) - пропускають сигнали з частотами не вище деякої частоти зрізу і постійну складову.
Фільтри верхніх частот (ФВЧ) - пропускають сигнали не нижче деякої частоти зрізу.
Смугові фільтри (СФ) - пропускають сигнали в деякій смузі частот, яка визначається по деякому рівню частотної характеристики.
Смуго-затримуючі фільтри (СЗФ) - затримують сигнали в визначеній смузі частот, яка визначається по деякому рівню частотної характеристики.
Режекторні фільтри (РФ) - вид СЗФ, які мають вузьку смугу затримки і називаються ще фільтром-пробкою.
Фазові фільтри (ФФ) - мають постійний в ідеальному випадку коефіцієнт передачі на всіх частотах і назначені для зміни фази вхідних сигналів (в окремому випадку для часової затримки сигналів).
За допомогою активних RC-фільтрів неможливо отримати ідеальні форми частотних характеристик в вигляді показаному на рис.1.1 прямокутників із постійними коефіцієнтами передачі в смузі пропускання, безкінечним послабленням в смузі затримки і безкінечною крутизною спаду при переході від смуги пропускання до смуги затримки. Проектування активного фільтра завжди представляє собою пошук компромісу між ідеальною формою характеристики і трудністю її реалізації. Це називається «проблемою апроксимації». В багатьох випадках вимоги до якості фільтрації дозволяють обійтися найпростішими фільтрами першого і другого порядків. Деякі схеми таких фільтрів представлені нижче. Проектування фільтрів у цьому випадку зводиться до вибору схеми з найбільш вигідною конфігурацією і наступному розрахунку значень номіналів елементів для конкретних частот.
Рисунок 1.1 - Основні типи фільтрів
Але бувають випадки, коли вимоги до фільтрації можуть виявитися більш жорсткими, і можуть вимагатися схеми більш високих порядків, ніж перший і другий. Проектування фільтрів високих порядків виявляється більш складним завданням, чому і присвячена дана курсова робота.
Нижче представлені деякі основні схеми першого і другого порядків з описом переваг і недоліків кожного з них.
- ФНЧ-I і ФВЧ-I на основі неінвертующого підсилювача
Рисунок 1.2 - Фільтри на основі неінвертующого підсилювача: а) ФНЧ I, б) ФВЧ-I
До переваг схем фільтрів можна віднести головним чином простоту реалізації і налаштування, недоліки - мала крутизна частотних характеристик, не стійкі до самозбудження.
- ФНЧ-ІІ з багатопетльовим зворотним зв'язком (рис. 2.3) - малі та середні значення добротності (<20), інвертуючий, можливо побудувати фільтр з К<1, відносна невисока чутливість до розкиду значень елементів, відносно малий вхідний опір, легко налагоджуються лише два параметра w i Q,, великий діапазон значень елементів при великих Q і К;
Рисунок 1.3 - Фільтри з багатопетльовим зворотним зв'язком: а) ФНЧ II, б) ФВЧ-II.
- ФВЧ-ІІ з багатопетльовим зворотним зв'язком (рис. 2.4) - малі та середні значення добротності (<20), інвертуючий, можливо побудувати фільтр з К<1, відносна невисока чутливість до розкиду значень елементів, великий діапазон значень елементів, необхідно три конденсатори, складна настройка, коефіцієнт передачі дорівнює відношенню ємностей двох конденсаторів, що менш стабільне ніж за відношенням двох резисторів;
- ФНЧ-ІІ Саллена-Кея (рис. 1.4а) та Баттерворта для К=1 (рис. 1.5а) - неінвертуючий, малі та середні значення добротності (<20), відносна висока чутливість до розкиду значень елементів, обмежені можливості реалізації К>1, легко налагоджуються лише два параметра
Рисунок 1.4 - Фільтри Саллена-Кея: а) ФНЧ-II, б) ФВЧ-II
- ФВЧ-ІІ Саллена-Кея (рис. 1.4б) та Баттерворта для К=1 (рис. 1.5б) - неінвертуючий, малі та середні значення добротності (<20), відносно невеликий діапазон номіналів елементів, відносно висока чутливість до відхилення значень елементів, не вдається перекрити діапазон можливих значень w з, Q і К
Рисунок 1.5 - Фільтри Баттерворта: а) ФНЧ-II, б) ФВЧ-II
- ФВЧ-ІІ, ФНЧ-ІІ на базі конверторів повного опору - неінвертуючий, невисока чутливість w з, Q і К до відхилення значень елементів від номінальних, проста настройка, малі та великі значення добротності (до 100), великі Q реалізуються за невеликим діапазоном номіналів елементів.
В даному пункті буде розраховано порядок ФВЧ Баттерворта, визначено вигляд його передатної функції, вибрана схема фільтра, згідно з заданими параметрами технічного завдання (рис. 1.1) (розрахунок проводиться згідно [1])
Рисунок 1.1 - Шаблон ФВЧ Баттерворта.
Перейдемо від нормованого ФВЧ до нормованого ФНЧ.
2.2 Визначення необхідного порядку фільтра
Округлюємо n до найближчого цілого значення: n = 5.
Отже, для дотримання вимог, заданих шаблоном, необхідно фільтр п'ятого порядку.
2.3 Визначення полінома Баттерворта
Згідно таблиці нормованих передаточних функцій Баттерворта знаходимо поліном Баттерворта п'ятого порядку:
Тоді передаточна функція буде записана у вигляді:
2.4 Зворотній перехід від нормованого ФНЧ до ненормованого ФВЧ
- масштабування по коефіцієнту передачі:
В результаті масштабування отримуємо передатну функцію W(р) в вигляді:
2.5 Перехід від передатної функції до схеми
Для переходу до схеми представимо передатну функцію ФВЧ п'ятого порядку, що проектується, у вигляді добутку передатних функцій трьох активних ФВЧ: одного ФВЧ першого порядку і двох ФВЧ другого порядку. Загальний порядок n=1+2+2.
Загальний коефіцієнт передачі фільтра (К 0 =6.309) буде визначатися добутком коефіцієнтів передатних функцій окремих фільтрів (К 1 , К 2 , К 3 ).
Загальне підсилення між окремими фільтрами буде розподілено в ході розрахунку.
де - коефіцієнт передачі і-го фільтра;
- добротність фільтра (відношення коефіцієнта підсилення на частоті до коефіцієнта підсилення в смузі пропускання).
Тепер потрібно вибрати схемне рішення для побудови окремих фільтрів. Вибір відбувається з урахуванням переваг і недоліків тих чи інших схем, а також з урахуванням технічного завдання на проектування всього приладу.
Так як згідно завдання на проектування потрібно забезпечити невеликий діапазон номіналів елементів, виберемо таке схемне рішення:
першу ланку реалізуємо на неінвертуючому ФВЧ першого порядку;
друга, третя ланка - неінвертуючий ФВЧ Саллена-Кея другого порядку
Для ФВЧ-I на основі неінвертуючого підсилювача залежність параметрів фільтра від номіналів елементів схеми така:
3.1 Розрахунок другого каскаду - ФВЧ-ІІ Саллена-Кея (Q F =1/1,61803)
Вибираємо номінали ємностей С 1 =С 2 =С=1.5 нФ, виходячи з розрахунку:
при Q F =1/1,61803=0,61803, К 0 =2,382.
3.2 Розрахунок третього каскаду - ФВЧ-ІІ Саллена-Кея (Q F =1/0,61803)
Вибараємо номінали ємностей С 1 =С 2 =С=1.5 нФ, виходячи з розрахунку
по формулі (3.1.2) з урахуванням, що Q F =1/0,61803=1,61803, коефіцієнт підсилення третього каскаду К 0 =1,382.
Частота зрізу , по формулі (3.1.3),
3.3 Розрахунок першого каскаду - ФВЧ-І неінвертуючий
Даний каскад повинен реалізувати підсилення
Результати розрахунків кожного каскаду привожу в таблиці 4.1
Таблиця 4.1- Номінали елементів фільтра
1. Зеленин А.Н., Костромицкий А.И., Бондарь Д.В. - Активные фильтры на операционных усилителях. - Х.: Телетех, 2001. изд. второе, исправ. и доп. - 150 с.:ил.
2. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, комутационные устройства РЭА: Справ./Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. - Мн.: Беларусь, 1994. - 591 с.:ил.
3. 180 аналоговых микросхем (справочник). Ю.А. Мячин. - Изд-во «Патриот», МП «Символ-Р» и редакция журнала «Радио», 1993.- 152 с., ил., (приложение к журналу «Радио»).
4. Аналоговые интегральные схемы: Справ./А.Л. Булычёв, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь, 1993. - 382 с.: черт.
5. Резисторы: Справочник/В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред. И.И Четверткова и В.М. Терехова.- 2-е изд. и доп.- М.: Радио и связь, 1991.- 528 с.: ил.
Огляд аналогічних схем та особливості проектування фільтрів. Фільтр Баттерворта, поняття смуги пропуску та затримки. Сфери застосування низькочастотних фільтрів. Опис методів за конструктивною специфікою та розрахунок проекту фільтру п’ятого порядку. курсовая работа [2,3 M], добавлен 13.01.2012
Опис особливостей характеристик фільтрів різних типів на прикладі ФНЧ-прототипу. Фільтри Баттерворта з максимально плоскою характеристикою. Вибір методики розрахунку. Визначення кількості ланок і вибір їх типів. Розрахунок номіналів елементів каскаду. курсовая работа [228,4 K], добавлен 25.12.2013
Розробка методики розрахунку активного фільтра нижніх та верхніх частот. Порядок визначення підсилювального каскаду та генераторів імпульсних сигналів. Розрахунок мультивібратора в автоколивальному режимі. Схема моделювання симетричного тригера. курсовая работа [707,1 K], добавлен 30.12.2014
Вибір та обґрунтування функціональної схеми акустичної системи. Розрахунок фільтрів. Вибір фільтруючих ланок. Характеристика інтегральних підсилювачів. Вибір гучномовців та розрахунок корпусів. дипломная работа [3,6 M], добавлен 08.08.2007
Загальне поняття, характеристика, будова та переваги активних АRС-фільтрів. Створення нових методів реалізації передатних функцій високого порядку. Розрахунок схеми смугового активного фільтра, що складається з чотирьох каскадів, які зв’язані між собою. курсовая работа [78,8 K], добавлен 06.11.2010
Призначення підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах. Методика розрахунку параметрів та кінцеві схеми з вказаними номіналами елементів. Особливості лінійних електронних осциляторних схем, активні RC–фільтри нижніх частот и RC–генератори. курсовая работа [1,7 M], добавлен 31.07.2010
Короткий огляд існуючих схем і обґрунтування вибору схеми. Розрахунок системи керування. Двотактний вихідний підсилювач потужності. Розрахунок задаючого генератора. Габаритна потужність трансформатора. Визначення ємності часозадавальних конденсаторів. контрольная работа [211,9 K], добавлен 08.12.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Фільтр верхніх частот курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Как Закончить Сочинение Про Бабушку Несколько Строк
Контрольная Работа По Математике Номер 511613
Тактика предъявления вещей и предметов для опознания, в том числе номерных и антикварных вещей.
Реферат: Советский Союз в годы "развитого социализма"
Курсовая работа по теме Устройство нулевого цикла гражданского здания
Контрольная Работа На Тему Становление Конституционно-Парламентского Строя В Австро-Венгерской Империи
Контрольная работа по теме Травматизм и его профилактика
Курсовая Работа На Тему Теория Перевода С Английского Языка
Егэ Сочинение По Русскому 2022 Как Писать
Курсовая работа по теме Рециркуляция в системах приточной вентиляции
Эссе Помощь От Чистого Сердца 100 Слов
Как Правильно Написать Сочинение Эссе
Курсовая работа: Государственная и муниципальная формы собственности. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа: Интернет как инструмент реализации коммуникационной политики предприятия
Реферат: Экономические кризисы, их место в экономике Республики Беларусь
Дипломная работа по теме Оптимизация сроков посева зерновых культур в степной зоне Южного Урала на примере ООО "Брединское"
Реферат: Государство западное Чжоу
Контрольная работа: Экономическое регулирование предпринимательской деятельности
Лекция по теме Оборудование для бурения скважин
Контрольная работа по теме Виды социальных услуг, предоставляемых государственными учреждениями социального обслуживания населения
Доверительное управление имуществом - Государство и право курсовая работа
Анализ современного состояния рынка молочной продукции - География и экономическая география курсовая работа
Основы международного права - Государство и право шпаргалка