Активный RC-фильтр

Скачать

Способы построения активного фильтра каскадным соединением независимых звеньев. Реализация аппроксимированной передаточной функции. Просмотр аналогичных схем и особенности проектирования фильтров. Методика настройки и регулировка разработанного фильтра.

Размер: 255,8 K
Тип: курсовая работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Активный полосовой фильтр
Электрический фильтр как частотно-избирательное устройство. Изучение и анализ работы активного полосового фильтра с заданным порядком, граничными част...

Низкочастотный активный фильтр на операционном усилителе

Активный фильтр нижних частот каскадного типа
Характеристика фильтра низких частот. Фильтр Баттерворта, Чебышева и Бесселя. Определение порядка фильтра и количества звеньев. Структурная схема филь...

Активный полосовой фильтр на операционном усилителе и его амплитудно-частотная характеристика
Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания. Частотно-избирательные электрические цепи, содержащие активные элементы. Обоснование состава эле...

Расчет электрических фильтров
Расчет двусторонне нагруженного реактивного фильтра Баттерворта. Нормированные и номинальные элементы фильтра. Активный фильтр нижних частот с равново...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра радиоэлектронных устройств

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

АКТИВНЫЙ RC - ФИЛЬТР

Выполнил:

ст. гр. РПСК-99-1

Шапран А.В.

Харьков 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Техническое задание

Реферат

Введение

1. Просмотр аналогичных схем и особенности проектирования фильтров

2. Выбор схемы фильтра

3. Расчёт элементов схемы

4. Методика настройки и регулировка разработанного фильтра

Заключение

Перечень ссылок

Приложения

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: 30с.,11рис., 4табл., 6 ссыл., приложения.

Цель работы - синтез схемы активного RC-фильтра и расчёт компонентов схемы.

Метод исследования - аппроксимация АЧХ фильтра полиномом Баттерворта.

Аппроксимированная передаточная функция реализована с помощью активного фильтра. Фильтр построен каскадным соединением независимых звеньев. В активном фильтре использованы инвертирующий и неинвертирующий усилители с конечным усилением, которые реализованы с помощью операционных усилителей.

Результаты работы могут использоваться для синтеза фильтров радиотехнической аппаратуры.

Прогнозные позиции что касается развития объекта исследования - поиск оптимальных схем фильтров.

АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР, АППРОКСИМАЦИЯ, ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, БАТТЕРВОРТ

ВВЕДЕНИЕ

В связи со стремительными открытиями в области радиотехники ещё в прошлом столетии возникла надобность в устройствах различного назначения. Одними из таких устройств были фильтры, которые предназначены для выделения полезного сигнала в определённой полосе частот. Далее началось их усовершенствование. Актуальными направлениями являются расширение полосы частот, получение нужной АЧХ с более крутыми склонами (такая потребность существует всегда, когда надо отделить полезный сигнал от близкой по частоте помехи), также большую роль играют габариты, энергопотребляемость.

В последние годы резко возросло употребление цифровых устройств, которые на фоне аналоговых занимают более высокое место. Но не все проблемы решаются с помощью “цифризации”, так как любая крайность не приводит к нужным результатам. Истина, как правило, оказывается где-то по середине. В ряде случаев более эффективной оказывается аппаратура, построенная на функциональных аналоговых узлах, элементный базис которых адекватен возможностям и ограничениям микроэлектроники. Адекватность в этом случае может быть обеспечена переходом к активным RC-цепям, в элементный базис которых не входят котушки индуктивности, трансформаторы, принципиально не реализуемые средствами микроэлектроники. В связи с актуальностью этого направления в данной курсовой работе представлен активный RC-фильтр на операционном усилителе.

1. ПРОСМОТР АНАЛОГИЧНЫХ СХЕМ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФИЛЬТРОВ

Электрический фильтр представляет собой частотно-избирательное устройство, пропускающее сигналы в требуемой полосе частот, называемой полосой пропускания, и задерживающее сигналы других частот, относящихся к полосе задерживания. В зависимости от полосы частот прохождения сигнала фильтры с одной полосой пропускания классифицируются на фильтры нижних частот (ФНЧ), верхних частот (ФВЧ) и полосно-пропускающие (полосовые). Существуют и другие типы фильтров, такие, как всепропускающие, частотовыделяющие (узкополосные) и частотоподавляющие (режекторные). Другая классификация фильтров основана на тех положениях теории цепей, по которым они рассчитываются. Она включает фильтры по характеристическим параметрам и фильтры по рабочим параметрам. Также выделяют пассивные и активные фильтры. Примером пассивного фильтра является LC-фильтр, а примером активного - RC-фильтр.

На рисунке 1.1 изображены идеальные АЧХ ФНЧ, ФВЧ, ПФ и РФ.

Но в реальных устройствах характеристики отличаются от идеальных. Требования к АЧХ фильтра обычно задают графиком допусков. Такие графики приведены на рисунке 1.2 для основных тиров фильтров: ФНЧ, ФВЧ, ПФ, РФ.

Рассматриваемые активные RC-фильтры относятся к классу линейных электрических цепей с сосредоточенными и постоянными во времени параметрами.

Размещено на

Рисунок 1.1 - Идеальные АЧХ ФНЧ, ФВЧ, ПФ и РФ

Рисунок 1.2 - Графики допусков АЧХ фильтров основных типов

Более простым решением разделения каскадов по частотному признаку является установка разделительных конденсаторов или интегрирующих RC-цепей. Однако часто возникает потребность в фильтрах с более крутыми склонами, чем у RC-цепочки. Возникает вопрос: можно ли, соединяя каскадно интегрирующие RC-цепочки, получить, например, сложный фильтр нижних частот с характеристикой, близкой к идеальной прямоугольной? Существует простой ответ на такой вопрос: даже если разделить отдельные RC-секции буферными усилителями, всё равно из многих плавных перегибов частотной характеристики не сделать одного крутого. В настоящее время в диапазоне частот 0...0,1 МГц подобную задачу решают с помощью активных RC-фильтров, не содержащих индуктивностей.

В последние годы широкое распространение получили активные RC-фильтры на операционных усилителях в интегральном исполнении. Последние характеризуются большим коэффициентом усиления (около

100 дБ), широкой полосой пропускания (до 15 МГц), высоким входным (сотни мегом) и малым выходным (десятки Ом) сопротивлениями. На базе операционных усилителей достаточно просто можно сконструировать самые разнообразные узлы радиоэлектронной аппаратуры. Характеристики этих узлов определяются внешними элементами, подключаемыми к операционному усилителю. Чем ниже частотный диапазон, тем резче проявляются преимущества активных фильтров с точки зрения микроминиатюризации электронной аппаратуры, так как даже при очень низких частотах (до 0,001Гц) имеется возможность использовать резисторы и конденсаторы не слишком больших номиналов.

В активных фильтрах обеспечивается реализация частотных характеристик всех типов: нижних и верхних частот, полосовых с одним элементом настройки (эквивалент одиночного LC-контура), полосовых с несколькими сопряжёнными элементами настройки, режекторный, фазовых фильтров и ряда других специальных характеристик.

Создание активных фильтров начинают с выбора по графикам или функциональным таблицам того вида частотной характеристики, которая обеспечит желаемое подавление помехи относительно единичного уровня на требуемой частоте, отличающейся в заданное число раз от границы полосы пропускания или от средней частоты для резонансного фильтра. Полоса пропускания ФНЧ простирается по частоте от 0 до граничной частоты fгр , фильтра высокой частоты ФВЧ - от fгр до бесконечности. При построении фильтров наибольшее распространение получили функции Баттерворта, Чебышева и Бесселя. В отличие от других характеристика фильтра Чебышева в полосе пропускания колеблется (пульсирует) около заданного уровня в установленных пределах, выражаемых в дБ.

Степень приближения характеристики того или иного фильтра к идеальной зависит от порядка математической функции (чем выше порядок - тем ближе). Как правило, используют фильтры не более 10-го порядка. Повышение порядка затрудняет настройку фильтра и ухудшает стабильность его параметров.

Идеальный фильтр характеризуется: а) нулевыми потерями и пульсациями в полосе пропускания, б) бесконечной крутизной характеристики затухания на частоте среза fс (т. е. нулевой шириной переходной области) и в) бесконечным затуханием в полосе задерживания. Также предполагается, что его фазово-частотная характеристика является линейной. Этот идеальный фильтр выделяется тем, что не существует идеальной передаточной функции, пригодной для точного его описания. Следовательно, аналитическое описание идеального фильтра в лучшем случае может быть аппроксимировано. В области теории классических цепей было создано много таких аппроксимаций. Лучшие и наиболее часто применяемые можно сгруппировать в основные классы, характеристики которых качественно изображены на рисунке 1.3.

Размещено на

Рисунок 1.3 - Характеристики основных типов фильтров

Амплитудно-частотные характеристики фильтров: Баттерворта (а), Чебышева (б), инверсного Чебышева (в), Чебышева-Кауэра, или эллиптического (г), Лежандра (д), Бесселя (е); ж - фазово-частотные характеристики.

Фильтры Баттерворта, или фильтры с максимально плоской АЧХ

Этот фильтр во многих отношениях обеспечивает определённый компромисс. Он обладает максимально плоской АЧХ в полосе пропускания, но это достигается за счёт линейности ФЧХ и плавности нарастания затухания. Однако крутизна затухания фильтра Баттерворта достаточно хорошая, и поскольку он обладает приемлемой импульсной характеристикой, обеспечивает отличную универсальную аппроксимацию идеальной характеристики фильтра. Этот фильтр является одним из наиболее употребляемых типов фильтров.

Фильтры Чебышева, или равноволновые фильтры

Если же крутизна нарастания затухания, особенно в районе частоты среза, является бо...