Курсовая работа: Проектирование и расчёт полосного фильтра

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Проектирование и расчёт полосного фильтра
Курсовая работа: 18с., 8 рис., 2 табл., 3 источника.
Объект исследования – активный полосовой фильтр на операционном усилителе.
Цель работы – расчёт и синтез схемы полосового фильтра на интегральном операционном усилителе, анализ амплитудно-частотной характеристики полученного устройства.
Метод исследования – формирование виртуальной модели фильтра, определение электрических параметров (по средствам ЭВМ).
Спроектирован фильтр на операционном усилителе с многопетлевой обратной связью. Устройство характеризуется следующими параметрами: частота среза , полоса пропускания Δf=250 Гц, коэффициентом передачи в полосе пропускания , наклон АЧХ 40(дБ/дек). Установлено, что выбранная схема фильтра является одной из наиболее дешёвых в реализации, при соблюдении предъявляемых к ней требований.
ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР, АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ЧАСТОТА СРЕЗА, ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ, ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ.
2 Синтез схемы и расчет элементов фильтра
Цепи фильтрации сигналов – важная и неотъемлемая часть многих систем связи и электрических контрольно-измерительных устройств. Они служат для формирования частотных каналов в системах коммутации, разделения и преобразования электрических сигналов.
В большинстве случаев электрический фильтр представляет собой частотно-избирательное устройство. Следовательно, он пропускает сигналы определённых частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот. Наиболее общими типами частотно-избирательных фильтров являются фильтры нижних частот (которые пропускают низкие частоты и задерживают высокие частоты), фильтры верхних частот (которые пропускают высокие частоты и задерживают низкие частоты), полосно-пропускающие фильтры (которые пропускают полосу частот и задерживают те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы) и полосно-заграждающие фильтры (которые задерживают полосу частот и пропускают те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы).
На практике невозможно реализовать идеальную амплитудно-частотную характеристику фильтра, поскольку требуется сформировать очень узкую переходную область. Следовательно, основная проблема при конструировании фильтра заключается в приближении реализованной реальной характеристики с заданной степенью точности к идеальной.
Фильтры - это частотно-избирательные устройства, которые пропускают или задерживают сигналы, лежащие в определенных полосах частот. До 60-х годов для реализации фильтров применялись, в основном, пассивные элементы, т.е. индуктивности, конденсаторы и резисторы. Основной проблемой при реализации таких фильтров оказывается размер катушек индуктивности (на низких частотах они становятся слишком громоздкими). С разработкой в 60-х годах интегральных операционных усилителей появилось новое направление проектирования активных фильтров на базе ОУ. В активных фильтрах применяются резисторы, конденсаторы и усилители (активные компоненты), но в них нет катушек индуктивности. В дальнейшем активные фильтры почти полностью заменили пассивные. Сейчас пассивные фильтры применяются только на высоких частотах (выше 1 МГц), за пределами частотного диапазона большинства ОУ широкого применения. Но даже во многих высокочастотных устройствах, например в радиопередатчиках и приемниках, традиционные пассивные RLC-фильтры заменяются кварцевыми фильтрами и фильтрами на поверхностных акустических волнах.
Сейчас во многих случаях аналоговые фильтры заменяются цифровыми. Работа цифровых фильтров обеспечивается, в основном, программными средствами, поэтому они оказываются значительно более гибкими в применении по сравнению с аналоговыми. С помощью цифровых фильтров можно реализовать такие передаточные функции, которые очень трудно получить обычными методами. Тем не менее, цифровые фильтры пока не могут заменить аналоговые во всех ситуациях, поэтому сохраняется потребность в наиболее популярных аналоговых фильтрах — активных RС-фильтрах.
Фильтры можно классифицировать по их частотным характеристикам, что в условном виде показано на рис. 1.1. На этом рисунке изображены характеристики фильтра нижних частот (ФНЧ), фильтра верхних частот (ФВЧ), полосового фильтра (ПФ), полосно-подавляющего фильтра (ППФ) и фильтра - "пробки" (режекторного фильтра - РФ). Характеристика фазового фильтра (ФФ) на рисунке не показана, т.к. его коэффициент передачи не изменяется с частотой. Основная функция любого фильтра заключается в том, чтобы ослабить сигналы, лежащие в определенных полосах частот, внести в них различные фазовые сдвиги или ввести временную задержку между входным и выходным сигналами.
С помощью активных RС-фильтров нельзя получить идеальные формы частотных характеристик в виде показанных на рис. 1.1 прямоугольников со строго постоянным коэффициентом передачи в полосе пропускания, бесконечным ослаблением в полосе подавления и бесконечной крутизной спада при переходе от полосы пропускания к полосе подавления. Проектирование активного фильтра всегда представляет собой поиск компромисса между идеальной формой характеристики и сложностью ее реализации. Это называется "проблемой аппроксимации". Во многих случаях требования к качеству фильтрации позволяют обойтись простейшимифильтрами первого или второго порядков. Проектирование фильтра в этом случае сводится к выбору схемы с наиболее подходящей конфигурацией и последующему расчету значений номиналов элементов для конкретных частот.
Однако бывают ситуации, когда требования к фильтрации сигнала могут оказаться гораздо более жесткими, и могут потребоваться схемы фильтров с характеристиками более высоких порядков, чем первый или второй.
Рисунок 1.1- Основные типы фильтров.
Реальные характеристики фильтров, а именно нижних частот, верхних частот и полосового фильтра, - показаны на рисунке 1.2.
На этих рисунках сплошными линиями изображены идеальные характеристики фильтров. Пунктирные линии показывают отклонение реальных характеристик от идеальных.Основными параметрами фильтров нижних и верхних частот являются частота среза f 0
, коэффициент передачи в полосе пропускания К о
, наклон АЧХ в полосе ограничения п и неравномерность АЧХ в полосе пропускания. Дляполосовых фильтров по аналогии с избирательными усилителями вводят понятие добротности Q и усиления К о
на частоте f 0
.
2. Синтез схемы и расчет элементов фильтра
2.1 Исходные данные и требования для проектирования фильтра
2.2 Разработка функциональной схемы
На рис. 2.1 приведена структурная схема фильтра с многопетлевой обратной связью. Каждый пассивный двухполюсный элемент в этой схеме может быть либо резистором, либо конденсатором.
Рисунок 2.1 – структурная схема фильтра
Передаточная функция для данной схемы имеет вид
Для того чтобы схема на рис. 2.1 выделяла полосу частот, передаточную функцию (2.1) необходимо привести к передаточной функции, соответствующей полосовому звену второго порядка:
Сравнивая выражения (2.1) и (2.2), нетрудно заметить, что, для того чтобы числитель не был функцией р, в качестве У 1
и У 4
должны использоваться резистивные проводимости; для того чтобы получить член с р 2
в знаменателе, в качестве У 3
и У 5
должны использоваться емкостные проводимости; для того чтобы получить в знаменателе член, независимый от р, в качестве У 2
должна использоваться резистивная проводимость.
Итак, однозначно определяются пассивные элементы схемы на рис. 2.1:
Y 1
=1/R 1
, Y 2
= pC 1
, Y 3
=1/R 2
, Y 4
= pC 2
, Y 5
=1/R 3
.
Схема полученного полосового фильтра приведена на рис. 2.2.
Рисунок 2.2 – Схема полосового фильтра
Сравнивая последнее выражение с (2.2), получаем соотношения, необходимые для расчета фильтра:
Отсюда ясно, что для получения больших значений добротности значения R 1
, R 2
, R 3
должны быть по возможности разнесены. Порядок расчета фильтра с заданной добротностью таков. Выбираем величину С 1
=С 2
=С, определяем коэффициент К=2πf 0
C и находим остальные элементы схемы по формулам:
Выбираем схему фильтра на основе ОУ с многопетлевой обратной связью (см. рис. 2.2).
Выбираем ОУ по частоте единичного усиления f Т ОУ
≥ f 0
К 0
= 15 кГц.
Для ОУ типа К140УД6 f Т
=1МГц, т.е. последнее неравенство выполняется с запасом. Схема электрическая принципиальная данного ОУ представлена на рисунке 2.3. Паспортные данные выбранного ОУ представлены в таблице [1, приложение А].
По справочнику, R ВХ ОУ
= 1000 кОм, R ВЫХ ОУ
= 150 Ом, т.е. номиналы резисторов в схеме фильтра должны находится в пределах от 1,5 к Ом до 100 к Ом.
Рисунок 2.3 – Схема операционного усилителя К140УД6.
Зададимся значением емкости С 2
= 500 пФ, при этом отметим, что выбранная величина существенно больше возможных паразитных емкостей в схеме.
Найдем значение вспомогательного коэффициента
Определим значения резисторов схемы фильтра:
Проверяем полученное значение частоты:
и коэффициента усиления в полосе пропускания:
Рисунок 3.1 – Полосовой фильтр. Схема электрическая принципиальная.
Рисунок 3.2 – Полученная осциллограмма полосового фильтра
Рисунок 3.3 – АЧХ полосового фильтра на частоте 5кГц.
Для проектируемого фильтра выбираем два керамических конденсатора типа КМ-6. Данный тип конденсаторов может обеспечить необходимую емкость в 500 и 9500 пФ, а также имеет номинальное напряжение при температуре 85 °С 50 В, допустимое отклонение емкости от номинальной составляет 5 и 10 % соответственно.
Для подбора резисторов воспользуемся таблицей [1, приложение Б], где указаны ряды промежуточных значений сопротивлений.
Сопротивление резистора R 1
можно обеспечить следующим резистором металлопленочный резистор МЛТ R=7,5 кОм ряд Е24, у которого допустимое отклонение сопротивления от номинального 5%, а предельное рабочее напряжение 350 В.
Резистор R 2
состоит из: металлопленочный резистор МЛТ R=8,5 кОм ряд Е24 отклонение сопротивления от номинального 20%, предельное рабочее напряжение 30В.
В качестве резистора R 3
берем металлопленочный резистор МЛТ
В данном курсовом проекте был произведен расчет полосового фильтра, а именно: подобран ОУ типа К140УД6, рассчитаны и подобраны элементы схемы.
Проверка показала, что данный фильтр обеспечивает коэффициент передачи в полосе пропускания К 0
=6 на частоте f 0
=5кГц.
При помощи ЭВМ была смоделирована схема фильтра и построена его АЧХ, которая соответствует полосовому фильтру.
1. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: учеб. Пособие для вузов по спец. электрон. технике. / Г.И. Изъюров, Г.В.Королев и др.- М.: Высшая школа, 2007. – 335с.
2. Джонсон Д, Джонсон Дж. Справочник по активным фильтрам. - М.: Энергоатомиздат, 2003.-128с.
3. Терещук Р.М. и др. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справ. Радиолюбителя.- Киев: Наук. думка, 1989,.-800с.

Название: Проектирование и расчёт полосного фильтра
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа
Добавлен 16:05:34 27 августа 2010 Похожие работы
Просмотров: 3147
Комментариев: 14
Оценило: 4 человек
Средний балл: 4.3
Оценка: неизвестно   Скачать

Коэффициент передачи в полосе пропускания, К 0

Неравномерность АЧХ в полосе пропускания, ΔК
Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Проектирование и расчёт полосного фильтра
Контрольная работа по теме Формування бази даних
Курсовая Работа На Тему Кадры Предприятия И Эффективность Их Использования На Примере Предприятия Пкб «Море»
Контрольные Работы По Матем 5 Класс
Курсовая работа: Методы упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания
Культурная Идентичность В Условиях Поликультурализма Реферат
Реферат Цивилизация Майя
Изложение: Божественная комедия. Данте Алигьери
Курсовая работа по теме Холодные блюда и закуски
Реферат: Жизнь и научная деятельность Николая Вавилова
Реферат по теме Учение о природе французских философов-просветителей
Как Оформлять Ссылку На Автореферат Диссертации
Доклад по теме Арифметика и алгебра
Любимая Вещь Моей Семьи Сочинение
Реферат по теме Учреждения и органы государства, исполняющие наказания
Реферат по теме Общая характеристика компьютерных преступлений по уголовному кодексу РФ
Курсовая Работа На Тему Сделки С Недвижимостью
Темы Рефератов По Технологии 2 Класс
Отчет по практике по теме Анализ организационно-правовой формы и производственно-хозяйственной и финансовой деятельности Администрации Чебаркульского района г. Чебаркуля
Дипломная работа по теме Исследование термосиловой устойчивости тел с покрытиями
Курсовая работа по теме Сравнительный анализ концепта 'труд' в русском и английском языках
Реферат: Діти–індиго та особливості їх виховання
Дипломная работа: Мотивація робітників промислового підприємства
Реферат: Танки на Курской дуге