Синтез и анализ электрического фильтра

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Пожалуйста введите слова с картинки:

2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный технический университет

Кафедра: "Средства связи и информационная безопасность"

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине "Основы Теории Цепей"

Тема проекта: Синтез и анализ электрического фильтра

 

 

 

Выполнил студент:

Кузюков Виктор Васильевич

Группа: ЗРП-218 (210402)

Проверил преподаватель:

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2010 г.

Исходные данные

 

Тип фильтраAmin (дБ)∆A (дБ)Rг, Rн (Ом)f0 (кГц)КпрНЧ551,53,01802,5

  1. Тип фильтра НЧ (низкочастотный)
  2. Минимально-допустимое значение рабочего ослабления в ПЗ Amin - 55 дБ
  3. Неравномерность затухания в полосе пропускания ∆A - 1,5 дБ
  4. Сопротивление генератора и нагрузки Rг, Rн - 3,0 Ом
  5. Частота полосы пропускания f0 180 кГц
  6. Коэффициент пропускания (Кпр = ПЗ / ПП) Кпр 2,5

Для создания электрического фильтра надо выбрать Аппроксимирующий полином:

Я для работы выбрал Аппроксимирующий полином Баттерворта. Расчёты для фильтра 5-го порядка.

Фильтрами НЧ (ФНЧ) называют фильтры, пропускающие в нагрузку лишь низкие частоты: с ω1 = 0 до ω2. Полоса их затухания находится в интервале от ω2 до ∞.

Фильтры НЧ можно классифицировать в зависимости от их характеристик. Характеристика затухания фильтра Баттерворта приведена на рис.1. Фильтр Баттерворта характеризуется монотонным изменением затухания в полосе пропускания и задерживания. Затухание в полосе задерживания (ПЗ) изменяется приблизительно на 6 дБ за октаву для каждого элемента схемы. Например, пятиэлементный фильтр будет иметь затухание 30 дБ при двойной частоте среза и 60 дБ при учетверенной частоте среза. За нормированную частоту Ω = l для фильтра Баттеворта принимается частота, на которой затухание составляет 3 дБ.

 

Нормирование.

На практике обычно величины элементов фильтра нормируются для частоты среза 1 рад/с при сопротивлении нагрузки 1 Ом. Для преобразования нормированных величин в реальные их необходимо умножить на коэффициент преобразования. Например, нормированная индуктивность и емкость умножаются на постоянные КL и КC, которые можно вычислить с помощью следующих формул:

 

 

где R - сопротивление нагрузки; - частота среза; все величины выражены в генри, фарадах, омах и герцах.

Приведенные формулы можно преобразовать в одну дискретным выбором единиц. Если используется сопротивление, равное 1000 Ом, частота среза выражена в килогерцах, а постоянные KL и КC - в микрогенри и пикофарадах, формула приводится к виду

 

Для расчёта фильтра далее будут использоваться спец. таблицы в которых применяется следующее сокращённые обозначение:

B02 фильтр Баттерворта 2-го порядка.

G03 фильтр Гаусса 3-го порядка.

Т05-10 фильтр Чебышева 5-го порядка с максимальным коэффициентом отражения 10%

С07-20-38 фильтр Крауэра 7-го порядка с максимальным коэффициентом отражения 20% и модульным углом 38

Нормированные значения элементов для фильтра Баттерворта приводятся в табл. П. 1.1. Требуемые значения элементов получаются в результате умножения нормированных значений на постоянную преобразования.

По вышеуказанным формулам рассчитываю значения для KL и KC

 

KL = 3 / (2 * 3,14 * 180000) = 2,65*10-6 Гн.

KC = 1 / (2 * 3,14 * 180000 * 3) = 2,95*10-7 Ф.

 

Далее находим значения C1, L2, C3, L4, C5

 

C1 = 0,618 * 2,95*10-7 = 1,8231*10-7 Ф

L2 = 1,618 * 2,65*10-6 = 4,2877*10-6 Гн

C3 = 2,000 * 2,95*10-7 = 5,9000*10-7 Ф

L4 = 1,618 * 2,65*10-6 = 4,2877*10-6 Гн

C5 = 0,618 * 2,95*10-7 = 1,8231*10-7 Ф

 

 

Для проверки работы фильтра я использовал программное обеспечение MicroCap 7.

Построив схему фильтра НЧ по подобию из таблице П.1.1 и добавив учтённые сопротивления генератора и нагрузки, получается "идеальный" фильтр.

 

 

Здесь под "идеальным" я предполагаю что у нас будут характеристики фильтра с найденными значениями, но в реальных условиях приходится подбирать номиналы из стандарта рядов номиналов выпускаемых радиоэлементах. (Возможно можно заказать индивидуально выпуск штучно под устройство, но это делается для особых случаев, в нашем случае это нецелесообразно) Более подробно о рядах в приложении, для начала проведём анализ построенного фильтра, посмотрим его амплитудночастотную характеристику (АЧХ) и фазавочастотную характеристику (ФЧХ).

 

 

Для анализа выбираем Analysis AC…

В раскрывшемся окне "AC Analysis Limits"

для просмотра АЧХ надо ввести db (v(Out)),

для просмотра ФЧХ надо ввести ph(v(Out)).

Остальные параметры устанавливаются для каждого отдельного случая. В моём анализируется участок от 50 кГц до 1 мГц в одном окне.

 

 

Дополнительно включаем Auto Scalr Ranges и жмём Run и получаем график.

 

 

где что в ПП проходят частоты до 180 кГц и далее начинается спад. Из данных выше зная что коэффициент пропускания Кпр = ПЗ / ПП = 2,5. ПП = 180 кГц, находится ПЗ = Кпр * ПП откуда и получаем 180 * 2,5 = 450 кГц.

Проверим проходную способность выбрав Analysis Transient…и для примера подадим на вход 3 разных частоты по отдельности с шагом в 170 кГц. (170, 340,510)

Для этого изменим частоту входного сигнала, для каждого случая:

 

 

Далее выбираю Analysis Transient… и ввожу следующие характеристики анализа:

 

 

При этом далее видим:

 

 

На граф. анализе, не вдаваясь в

s