Проектирование и расчёт полосного фильтра - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

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.


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.
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 ?f=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 простейшими фильтрами 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. Для полосовых 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
Коэффициент передачи в полосе пропускания, К 0
Неравномерность АЧХ в полосе пропускания, ?К
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=2?f 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.
Аппроксимация амплитудно-частотной характеристики фильтра. Определение передаточной функции фильтра нижних частот в области комплексной частоты. Схемотехническое проектирование устройства и его конструкторская реализация в виде узла с печатным монтажом. курсовая работа [330,8 K], добавлен 09.06.2015
Характеристика активных фильтров, требования, предъявляемые к ним. Разработка принципиальной схемы полосового фильтра. Анализ технического задания и синтез схемы устройства. Реализация фильтра Баттерворта. Выбор элементов схемы и операционного усилителя. курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2015
Методы синтеза электрического фильтра нижних и верхних частот. Аппроксимация частотной характеристики рабочего ослабления фильтра. Реализация схемы фильтров по Дарлингтону. Денормирование и расчёт ее элементов. Определение частотных характеристик фильтра. курсовая работа [2,4 M], добавлен 23.01.2011
Критерии классификации электрических фильтров. Проектирование фильтра в виде реактивного четырехполюсника лестничной структуры с нагрузкой на входе и выходе (фильтр Баттерворта). Данные для расчета фильтра. Допустимый разброс параметров фильтра. курсовая работа [1,0 M], добавлен 15.01.2013
Разработка активного фильтра верхних частот на операционном усилителе: расчет, анализ, математическое и схемотехническое моделирование. Технологичность фильтра, определение отклонений характеристик при случайном разбросе номиналов электрорадиоэлементов. курсовая работа [3,4 M], добавлен 21.03.2013
Проектирование схемы LC-фильтра. Определение передаточной функции фильтра и характеристики его ослабления. Моделирование фильтра на ПК. Составление программы и исчисление параметров элементов ARC-фильтра путем каскадно-развязанного соединения звеньев. курсовая работа [824,9 K], добавлен 12.12.2010
Параметры элементов и характеристики проектируемого фильтра. Частотное преобразование фильтра-прототипа нижних частот. Расчет полосно-пропускающих фильтров и сумматора. Кольцевые и шлейфные мостовые схемы, бинарные делители мощности, пленочные резисторы. курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.01.2016
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



Проектирование и расчёт полосного фильтра курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Схемы Заданий Для Курсового Проекта Высотных Зданий
Кодекс Корпоративной Этики Реферат
Реферат На Тему Система Маркетинговой Информации
Реферат: Идентификация как принцип объяснения субъект-субъектных отношений в российской психологии
Курсовая работа по теме Правовий статус громадян, іноземців та осіб без громадянства
Сочинение Про Старших
Реферат по теме Государство как организм тесно связанный с землею
Реферат по теме Отечественные системы управления качеством
Сочинение На Тему Мой Любимый Фильм
Реферат: Проблема “двоеверия” в Древней Руси
Курсовая работа по теме Место и роль политических партий в выборах органов местного самоуправления
Пьянзов Сергей Владимирович Защита Диссертации
Отцы И Дети Материалы Для Сочинения
Муниципальный Заказ Реферат
Темы Рефератов По Гигиене Питания
Основы Воспитания Координационных Способностей Реферат
Курсовая работа по теме Проект освоения лесов
Курсовая работа по теме Болгарское национальное Возрождение в 18 - первой половине XIX в.
Реферат: Даосские притчи от Чжуан-Цзы
Реферат: Untitled Essay Research Paper Malcolm X was
Методы муниципального управления - Государство и право контрольная работа
Прибор для измерения ионизирующего излучения - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа
Аудит расчетов по оплате труда - Бухгалтерский учет и аудит дипломная работа