close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Курсовик по фильтрам 6 вариант 2

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра АТПП
Дисциплина Электроника КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
Выполнила: ст. гр. ЭМ-22
Сухановская С.В.
Проверил: Сердюков Н.А.
Вологда
1999
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 5 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
ЕЕ КОМПОНЕНТОВ 8
3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И РАСЧЕТ
ЕЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПАРАМЕТРОВ 9
3.1. Принципиальная схема канала ФВЧ 9
3.2. Принципиальная схема канала ФНЧ 10
3.3. Выбор номиналов компонентов 12
3.4. Полная принципиальная схема устройства 12
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА 13
5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Тема КП: спроектировать активный фильтр.
Исходные данные для проектирования:
Вар.Тип
фильтраf1
кГцf2
кГцf3
кГцf4
кГцD
дБД
дБК
дБРеализация6ПП0,010,030,090,9221,50ОУ АЧХ полосно-пропускающего фильтра (ПП).
где D - необходимое минимальное затухание фильтра за пределами полосы пропускания ( в децибелах);
Д - неравномерность коэффициента усиления в полосе пропускания ( в децибелах);
f1,f2,f3,f4 - граничные частоты и частоты задерживания ( в Герцах);
К - коэффициент усиления (передачи) фильтра в полосе пропускания (в децибелах).
ВВЕДЕНИЕ Целью данного курсового проекта является развитие основных навыков инженерной работы по синтезу и анализу простейших электронных устройств. При этом нужно изучить основные принципы проектирования узлов, ознакомиться с последовательностью этапов проектирования, освоить основные приемы и инструментарий инженерного проектирования, научиться грамотно оформлять результаты проделанной работы.
В соответствии с полученным вариантом задания проводится проектирование активного фильтра в следующем порядке:
> выбор, исходя из проведенного литературного обзора, наиболее подходящей методики построения фильтра;
> составление структурной схемы всего фильтра ;
> разложение схемы фильтра на отдельные звенья;
> определение порядка;
> выбор схемной реализации для каждого звена в отдельности;
> расчет параметров пассивных компонентов каждого звена;
> проведение анализа (моделирование) рассчитанного фильтра;
> разработка конструкции фильтра.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Фильтром называется устройство, устанавливаемое между выводами электрической цепи с целью изменения соотношения между частотными составляющими спектра проходящего через него сигнала. Фильтры могут работать в диапазоне частот от 0 (постоянный ток) до 10 Гц. Они различаются по типу, форме амплитудно - частотной характеристики (АЧХ), и диапазону частот.
В зависимости от типа АЧХ имеется четыре основных класса фильтров:
* фильтр нижних частот (ФНЧ). Он пропускает только низко частотные составляющие сигнала - обычно от постоянной составляющей и до частоты, которая называется частотой среза и определяется в исходных данных для расчета фильтра. Все спектральные составляющие сигнала частотой выше частоты среза ФНЧ подавляет;
* фильтр верхних частот (ФВЧ). Фильтры этого класса подавляют в спектре сигнала все компоненты с частотой от 0 до частоты среза. Спектральные составляющие с частотой выше частоты среза пропускаются ФВЧ без искажений;
* полосно-пропускающий фильтр (ПП). Он пропускает без искажений все спектральные компоненты только в пределах заданной полосы частот и подавляет все компоненты вне ее;
* режекторный фильтр (РФ). Он подавляет компоненты спектра внутри заданной полосы частот и подавляет все компоненты вне этой полосы;
Приведенные определения характеризуют так называемые идеальные фильтры. В реальных устройствах между полосой пропускания и полосой задержания всегда существует переходная область [1]. Более точно характеристику АЧХ фильтра можно описать рассмотрев его передаточную функцию:
Передаточная функция реализуемого фильтра представляет собой отношение полиномов. Коэффициенты а и b - вещественные постоянные величины, а
m,n=1,2,3...(m<n) (1.2)
Степень полинома знаменателя n определяет порядок фильтра. Реальные АЧХ лучше (более близки к идеальным) для фильтров более высокого порядка. Однако повышение порядка связано с усложнением схем и более высокой стоимостью. таким образом один из аспектов разработки фильтров связан с получением реализуемой характеристики, аппроксимирующей с некоторой заданной степенью точности идеальную характеристику при наименьших затратах.
Как только получена подходящая передаточная функция, разрабатывают схему фильтра, реализующую данную передаточную функцию. Существует много способов построения фильтра с заданной передаточной функцией n-го порядка. Один популярный способ заключается в том, чтобы представить передаточную функцию в виде произведения сомножителей N1, N2, ... Nm, соответствующие каждому сомножителю. Наконец эти звенья соединяются между собой каскадно (выход первого является входом второго и т.д.), как изображено на рис. 1.1.
Каскадное соединение фильтров
+ +
U1 U2
- - Рис.1.1
Если эти звенья не влияют друг на друга и не изменяют собственные передаточные функции, то общая схема обладает требуемой передаточной функцией n - порядка. Для фильтров первого порядка передаточная функция представляется в виде
где С - постоянное число, а Р(s) - полином первой или нулевой степени. Для фильтров второго порядка передаточная функция Для четного порядка n>2 обычная каскадная схема содержит n/2 звеньев второго порядка, каждое с передаточной функцией типа (1.3). Если же порядок n>2 является нечетным, то схема содержит (n-1)/2 звеньев второго порядка, с передаточными функциями (1.4) и одно звено первого порядка с передаточной функцией (1.3).
Существует много типов АЧХ фильтров. Фильтры Баттерворда, Чебышева, инверсные Чебышева и эллиптические образуют четыре наиболее известных классов. Вероятно, наиболее простая АЧХ у фильтра Баттерворда наиболее плоская по сравнению с характеристикой любого полиномиального фильтра n - го порядка и в следствии этого называется максимально плоской. Следовательно, характеристика фильтра Баттерворда наилучшим образом аппроксимирует идеальную характеристику. Однако для частот, расположенных около точки среза и в полосе задерживания, характеристика фильтра Баттерворда заметно уступает характеристике фильтра Чебышева. Полосно-пропускные активные фильтры строятся из двух каналов ФВЧ и ФНЧ последовательно соединенных между собой. Схемных реализаций фильтров множество, рассмотрим два из них, наиболее подходящих для данного курсового проекта. Из-за своей относительной простоты фильтр с МОС является одним из наиболее популярных типов фильтров с инвертирующим коэффициентом усиления он также обладает определенными преимуществами , а именно хорошей стабильностью характеристик и низким выходным полным сопротивлением, таким образом, его можно сразу соединять каскадно с другими звеньями для реализации фильтра более высокого порядка. Недостаток схемы состоит в том, что невозможно достичь высокого значения добротности, без значительного разброса значений элементов и высокой чувствительности к их изменению.
2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ
Как было подчеркнуто ранее, полосно-пропускной фильтр строится из двух последовательно соединенных ФВЧ и ФНЧ (рис. 2.1). Из технического задания известно, что коэффициент передачи ПФ должен равняться 0 дБ. Реализуем ФНЧ с частотой среза 0,09 кГц (f3) и частотой задерживания 0,9 кГц (f4), ФВЧ - с частотой среза 0,03 кГц (f2) и частотой задерживания 0,01 кГц (f1). ФВЧ и ФНЧ должны иметь минимальное затухание за пределами полосы пропускания не хуже 22 дБ (D) и неравномерность коэффициента усиления в полосе пропускания 1,5 дБ (Д).
Структурная схема
U1U2
Рис. 2.1
Выбираем фильтр Чебышева. Рассчитываем минимальный порядок ФНЧ и ФВЧ по формуле 2.1.
где n - порядок фильтра, fс - частота среза, f - частота задерживания.
Для ФВЧ получаем n=2,23 ==> берем ФВЧ - 4-го порядка.
Для ФНЧ получаем n=1,01 ==> берем ФНЧ - 2-го порядка. 3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И РАСЧЕТ ЕЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПАРАМЕТРОВ
3.1. Принципиальная схема канала ФВЧ По расчетам ФВЧ получился 4-го порядка, схема представлена на рис.3.1.
Схема ФВЧ 4-го порядка
Рис. 3.1.
Звено имеет передаточную функцию:
где В и С берутся из таблицы [2].
Схема 1-го звена ФВЧ показана на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Анализируя эту схему получаем
Коэффициент у схемы - не инвертирующий, а значения сопротивлений определяются следующим образом:
где С1 имеет произвольное значение. Если К=1, то в качестве сопротивления R3 можно взять разомкнутую цепь, а сопротивления R4 - короткозамкнутую цепь и в этом случае ОУ работает как повторитель напряжения, а сопротивления R1, R2 не изменятся. Рассчитываем параметры 1-го звена.
* берем из таблицы В=0,67911, С=0,41121;
* выбираем С2=12 нФ, К=1;
* из соотношения (3.3) имеем;
R1=150 кОм, R2=535 кОм.
Схема второго звена имеет туже структуру, а расчет производится по тем же формулам.
Рассчитываем параметры 2-го звена.
* берем из таблицы В=0,3659, С=0,169997;
* выбираем С1=12 нФ, К=1;
* из соотношения (3.3) имеем;
R1=80 кОм, R2=400 кОм.
3.2. Принципиальная схема канала ФНЧ По расчетам ФНЧ получился второго порядка, схема ФНЧ представлена на рис. 3.3.
Схема ФНЧ 2-го порядка
Рис. 3.3.
Эта схема реализует функцию фильтра нижних частот с передаточной функцией:
где В и С берутся из таблицы [2].
Параметры схемы
Значения сопротивлений определяются следующим образом:
где значения С1 и С2 выбираются произвольно.
Следовательно, по заданным K, С, B и wc можно выбрать значения С1 и С2 и вычислить требуемые значения сопротивлений. Емкости должны иметь номинальные значения, которые в результате расчета дают реальные значения сопротивлений. Если требуется К=1, то значения R1 и R2 также определяется из (3.5.), но в этом случае получаем R3= (разомкнутая цепь) и R4=0 (короткозамкнутая цепь). В этом случае ИНУН работает как повторитель напряжения, т.е. его выходное напряжение равно входному или повторяет его.
Номинальное значение емкости С2 выбирается близким к значению 10/fc мкФ, а номинальное значение емкости С1, удовлетворяющим неравенству
Рассчитаем параметры звена
* берем из таблицы В=1,429934, С=1,537203;
* выбираем С1=2,6 нФ, С2 =8,7 нФ, К=1;
* из соотношения (3.4.) имеем:
R1=418 кОм, R2=418 кОм.
3.3. Выбор номиналов компонентов
Все резисторы берутся типа МЛТ 0,25 и выбираются по ряду промежуточных значений сопротивлений E96[3]. Все емкости берутся типа К70-6 [3]. Операционный усилитель берется K574УД3 [4].
3.4. Полная принципиальная схема устройства
Чертеж полной принципиальной схемы устройства со спецификацией можно увидеть в приложении 1.
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА Моделирование работы устройства проводилось в программе Electronic Workbench. Вместо ОУ 140УД20 был взят аналог LF147 [4]. Результаты моделирования показывают правильность проведенных расчетов. ПП фильтр удовлетворяет всем техническим требованиям заданным в техническом задании. Схему и результаты моделирования см. в приложении 2.
5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА
Разработка конструкции ПП фильтра проводилась с помощью системы автоматизированного проектирования РСАD.
Чертежи печатной платы и сборочного чертежа находятся в приложении 3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При разработке проекта было выполнено следующее:
* проведено изучение элементарных основ проектирования активных фильтров;
* разработан ПП фильтр;
* изучены основы выполнения и оформления электрических схем;
* ознакомилась с работой программы Electronic Workbench версии 4.0d, 5.0a и их особенностями;
* проведено глубокое изучение интегрированного пакета PCAD, с его помощью выполнены чертежи: принципиальной схемы, печатной платы, сборочного чертежа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кауфман М., Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам схем в электротехнике: Справ. в 2 т. Т.2: Пер. с англ./ под ред. Покровского. -М.: Энергоатомиздат, 1993.- 288с.: ил.
2. Джонсон Д. и др. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ./Д. Джонсон, ДЖ. Джонсон, Г.Мур.-М.: Энергоатомиздат, 1983. -128 с., ил.
3. Р.М. Терещук и др. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справ.радиолюбителя-4-е изд., стер.-Киев: Наука.думка, 1989. -800с.,ил.
4. Интегральные схемы: Операционные усилители. Том 1.-М.: Физматлит, 1993. 240с.
5. Э.Т. Романычева и др. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочное пособие-М: Радио и связь, -1984. -256с.,ил.
Приложение 2
продолжение приложения 2
продолжение приложения 2
Bode data for SVETA1.CA4
column 1 frequency (Hz)
column 2 gain (dB)
column 3 gain (linear)
column 4 phase (degrees)
Frequency Gain (dB) Gain Phase ---------------------------------------------------
4.10000e+00 -4.88809e+01 3.59713e-03 1.74744e+02
4.42324e+00 -4.77398e+01 4.10216e-03 1.74191e+02
4.77197e+00 -4.65694e+01 4.69383e-03 1.73609e+02
5.14819e+00 -4.53747e+01 5.38598e-03 1.72993e+02
5.55408e+00 -4.41593e+01 6.19489e-03 1.72338e+02
5.99196e+00 -4.29264e+01 7.13972e-03 1.71639e+02
6.46437e+00 -4.16783e+01 8.24301e-03 1.70893e+02
6.97402e+00 -4.04170e+01 9.53122e-03 1.70093e+02
7.52385e+00 -3.91442e+01 1.10355e-02 1.69234e+02
8.11703e+00 -3.78610e+01 1.27924e-02 1.68310e+02
8.75697e+00 -3.65684e+01 1.48450e-02 1.67316e+02
9.44737e+00 -3.52671e+01 1.72443e-02 1.66244e+02
1.01922e+01 -3.39575e+01 2.00504e-02 1.65086e+02
1.09958e+01 -3.26400e+01 2.33345e-02 1.63834e+02
1.18627e+01 -3.13147e+01 2.71810e-02 1.62479e+02
1.27979e+01 -2.99814e+01 3.16907e-02 1.61009e+02
1.38069e+01 -2.86398e+01 3.69835e-02 1.59414e+02
1.48954e+01 -2.72897e+01 4.32033e-02 1.57679e+02
1.60698e+01 -2.59302e+01 5.05229e-02 1.55788e+02
1.73367e+01 -2.45608e+01 5.91509e-02 1.53725e+02
1.87036e+01 -2.31797e+01 6.93448e-02 1.51468e+02
2.01781e+01 -2.17875e+01 8.14004e-02 1.48988e+02
2.17690e+01 -2.03814e+01 9.57037e-02 1.46270e+02
2.34852e+01 -1.89621e+01 1.12693e-01 1.43271e+02
2.53368e+01 -1.75258e+01 1.32957e-01 1.39950e+02
2.73344e+01 -1.60711e+01 1.57196e-01 1.36249e+02
2.94894e+01 -1.45997e+01 1.86215e-01 1.32132e+02
3.18144e+01 -1.31075e+01 2.21118e-01 1.27501e+02
3.43226e+01 -1.15971e+01 2.63114e-01 1.22295e+02
3.70286e+01 -1.00710e+01 3.13653e-01 1.16394e+02
3.99479e+01 -8.53160e+00 3.74472e-01 1.09676e+02
4.30974e+01 -6.99010e+00 4.47193e-01 1.01989e+02
4.64952e+01 -5.46151e+00 5.33242e-01 9.31584e+01
5.01609e+01 -3.97340e+00 6.32893e-01 8.29960e+01
5.41156e+01 -2.56596e+00 7.44221e-01 7.13328e+01
5.83820e+01 -1.29363e+00 8.61626e-01 5.80261e+01
6.29849e+01 -2.35596e-01 9.73241e-01 4.30896e+01
6.79506e+01 5.28843e-01 1.06278e+00 2.67192e+01
7.33078e+01 9.24631e-01 1.11232e+00 9.38444e+00
7.90874e+01 9.13027e-01 1.11084e+00 -8.24778e+00
8.53226e+01 4.99009e-01 1.05913e+00 -2.54410e+01
9.20495e+01 -2.63943e-01 9.70069e-01 -4.16003e+01
9.93067e+01 -1.30401e+00 8.60596e-01 -5.63471e+01
1.07136e+02 -2.54439e+00 7.46072e-01 -6.95257e+01
1.15583e+02 -3.91836e+00 6.36916e-01 -8.11495e+01
1.24695e+02 -5.37398e+00 5.38643e-01 -9.13315e+01
1.34526e+02 -6.87385e+00 4.53218e-01 -1.00230e+02
1.45132e+02 -8.39262e+00 3.80513e-01 -1.08012e+02
1.56574e+02 -9.91398e+00 3.19375e-01 -1.14836e+02
1.68919e+02 -1.14280e+01 2.68286e-01 -1.20844e+02
продолжение приложения 2 1.82236e+02 -1.29293e+01 2.25703e-01 -1.26157e+02
1.96604e+02 -1.44149e+01 1.90219e-01 -1.30877e+02
2.12104e+02 -1.58841e+01 1.60618e-01 -1.35088e+02
2.28826e+02 -1.73370e+01 1.35878e-01 -1.38863e+02
2.46867e+02 -1.87744e+01 1.15154e-01 -1.42259e+02
2.66330e+02 -2.01975e+01 9.77515e-02 -1.45326e+02
2.87327e+02 -2.16076e+01 8.31035e-02 -1.48105e+02
3.09980e+02 -2.30060e+01 7.07457e-02 -1.50630e+02
3.34419e+02 -2.43940e+01 6.02977e-02 -1.52930e+02
3.60784e+02 -2.57728e+01 5.14470e-02 -1.55031e+02
3.89228e+02 -2.71435e+01 4.39362e-02 -1.56952e+02
4.19915e+02 -2.85072e+01 3.75524e-02 -1.58714e+02
4.53021e+02 -2.98648e+01 3.21190e-02 -1.60331e+02
4.88737e+02 -3.12169e+01 2.74886e-02 -1.61817e+02
5.27269e+02 -3.25645e+01 2.35383e-02 -1.63184e+02
5.68839e+02 -3.39080e+01 2.01651e-02 -1.64444e+02
6.13687e+02 -3.52480e+01 1.72822e-02 -1.65605e+02
6.62070e+02 -3.65850e+01 1.48166e-02 -1.66676e+02
7.14267e+02 -3.79194e+01 1.27066e-02 -1.67665e+02
7.70580e+02 -3.92516e+01 1.08999e-02 -1.68579e+02
8.31332e+02 -4.05818e+01 9.35210e-03 -1.69424e+02
8.96875e+02 -4.19104e+01 8.02567e-03 -1.70204e+02
9.67584e+02 -4.32375e+01 6.88851e-03 -1.70926e+02
1.04387e+03 -4.45634e+01 5.91331e-03 -1.71594e+02
1.12617e+03 -4.58882e+01 5.07680e-03 -1.72213e+02
1.21495e+03 -4.72121e+01 4.35908e-03 -1.72785e+02
1.31074e+03 -4.85352e+01 3.74317e-03 -1.73315e+02
1.41408e+03 -4.98577e+01 3.21453e-03 -1.73805e+02
1.52557e+03 -5.11795e+01 2.76073e-03 -1.74259e+02
1.64584e+03 -5.25009e+01 2.37114e-03 -1.74680e+02
1.77560e+03 -5.38218e+01 2.03662e-03 -1.75070e+02
1.91559e+03 -5.51423e+01 1.74938e-03 -1.75431e+02
2.06661e+03 -5.64626e+01 1.50270e-03 -1.75766e+02
2.22954e+03 -5.77825e+01 1.29085e-03 -1.76076e+02
2.40532e+03 -5.91022e+01 1.10889e-03 -1.76363e+02
2.59496e+03 -6.04217e+01 9.52604e-04 -1.76629e+02
2.79954e+03 -6.17411e+01 8.18362e-04 -1.76875e+02
3.02026e+03 -6.30603e+01 7.03049e-04 -1.77104e+02
3.25837e+03 -6.43794e+01 6.03994e-04 -1.77316e+02
3.51526e+03 -6.56983e+01 5.18901e-04 -1.77512e+02
3.79241e+03 -6.70172e+01 4.45802e-04 -1.77694e+02
4.09140e+03 -6.83359e+01 3.83004e-04 -1.77863e+02
4.41397e+03 -6.96547e+01 3.29054e-04 -1.78019e+02
4.76196e+03 -7.09733e+01 2.82706e-04 -1.78164e+02
5.13739e+03 -7.22919e+01 2.42887e-04 -1.78298e+02
5.54243e+03 -7.36104e+01 2.08678e-04 -1.78422e+02
5.97939e+03 -7.49290e+01 1.79288e-04 -1.78538e+02
6.45081e+03 -7.62474e+01 1.54038e-04 -1.78645e+02
6.95939e+03 -7.75659e+01 1.32344e-04 -1.78744e+02
7.50806e+03 -7.88843e+01 1.13706e-04 -1.78835e+02
8.10000e+03 -8.02027e+01 9.76930e-05 -1.78921e+02
1
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
72
Размер файла
1 350 Кб
Теги
вариант, курсовик, фильтра
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа