В связи со стремительными открытиями в области радиотехники еще в прошлом столетии возникла надобность в устройствах различного назначения. Одними из таких устройств были фильтры, которые предназначены для выделения полезного сигнала в определенной полосе частот. 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.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). Она включает фильтры по характеристическим параметрам и фильтры по рабочим параметрам. Рассматриваемые активные RC-фильтры относятся к классу линейных электрических цепей с сосредоточенными и постоянными во времени параметрами. Степень приближения характеристики того или иного фильтра к идеальной зависит от порядка математической функции (чем выше порядок - тем ближе).Согласно техническому заданию начинаем первый этап расчета активного фильтра (ФВЧ Баттерворта). Определение передаточной функции фильтра W(p), [1]: W(p)=N(p)/D(p), N(p)=1 для фильтра Баттерворта, а D(p) берем из таблицы. Сделаем переход от передаточной функции к схеме, [1] Так как проектируется фильтр 3-го порядка, то n=1 2. Все усиление наложим на первый каскад (для удобства), так легче настраивать фильтр, потому что дополнительное условие - независимость от диапазона номиналов элементов.Рассчитаем элементы первого звена фильтра (ФВЧ 1-го порядка): - выбираем значение емкости С из номинального ряда по формуле С(НФ)=(2...20)/fп(КГЦ)=2/10=0,5 (НФ). Выбираем емкость из 5%-го номинального ряда, ближайшую к рассчитанной, С=0,51 (НФ) Разобьем R2 на два сопротивления R21 =31 КОМ и R22=1,2 КОМ согласно номинальному ряду; выбираем номинал R1 из диапазона 1...50 КОМ (чаще 20 КОМ), пусть R1=20КОМ; Элементы второго звена фильтра (ФВЧ 2-го порядка с многопетлевой обратной связью) равны: - выбираем емкости С1=С3=С=0,51 НФ;На практике можно выделить два основных несхожих метода настройки, а именно функциональную и детерминистическую настройки. Функциональная настройка подразумевает настройку нормируемых параметров цепи при ее функционировании, т.е. в рабочем режиме. Настройка выполняется “по номиналу”, следовательно, нет разницы в том, является ли цепь действующей или нет. Поскольку в качестве подстраиваемых элементов обычно выступают резисторы, этот метод заключается в “подгонке резисторов” в противоположность настройке параметров цепи (амплитуды, фазы, частоты). Настройка этого фильтра оказывается сложной задачей, поскольку в схеме имеются только два резистора, а QF и wп одновременно зависят от сопротивлений обоих резисторов.В этой работе рассчитан активный RC-фильтр нижних частот 3-го порядка по аппроксимации Баттерворта. Однако, с повышением порядка фильтра возрастают его сложность, размеры и стоимость. Согласно требованиям технического задания подходящим является фильтр 3-го порядка. Также следует отметить, что фильтры по аппроксимации Баттерворта отличаются наибольшей равномерностью АЧХ как в полосе пропускания, так и в полосе подавления. Его можно использовать как хороший фильтр общего назначения, т.к. он имеет максимально плоскую АЧХ, умеренную фазовую нелинейность, приемлемую переходную характеристику и достаточно крутой спад АЧХ вне полосы пропускания.
План
СОДЕРЖАНИЕ
Техническое задание
Реферат
Введение
1. Просмотр аналогичных схем и особенности проектирования фильтров
2. Выбор схемы фильтра
3. Расчет элементов схемы
4. Методика настройки и регулировка разработанного фильтра
Заключение
Перечень ссылок
Приложения
РЕФЕРАТ
Вывод
В этой работе рассчитан активный RC-фильтр нижних частот 3-го порядка по аппроксимации Баттерворта. Чем выше порядок фильтра, тем качественнее фильтрация, т.е. точнее он аппроксимирует идеальную характеристику с резкими границами. Однако, с повышением порядка фильтра возрастают его сложность, размеры и стоимость. Поэтому часто приходится идти на компромисс между требуемой характеристикой и сложностью схемы. Согласно требованиям технического задания подходящим является фильтр 3-го порядка.
Также следует отметить, что фильтры по аппроксимации Баттерворта отличаются наибольшей равномерностью АЧХ как в полосе пропускания, так и в полосе подавления. Максимально плоская АЧХ в полосе пропускания достигается за счет ухудшения фазовой характеристики, что приводит к фазовым искажениям.
Но, несмотря на некоторые недостатки, фильтр Баттерворта является одним из наиболее применяемых фильтров. Его можно использовать как хороший фильтр общего назначения, т.к. он имеет максимально плоскую АЧХ, умеренную фазовую нелинейность, приемлемую переходную характеристику и достаточно крутой спад АЧХ вне полосы пропускания.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1 Рабочая программа, методические указания по изучению курса, курсового проектирования по дисциплине «Аналоговые электронные устройства» / Сост. Л.П. Тимошенко, В.Л. Басецкий - Х.: ХНУРЭ, 2009.-52с.
2 Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ. - М.: Мир, 2007. - 320с., ил.
3 Капустян В.И. Активные RC-фильтры высокого порядка. - М.: Радио и связь, 2007. 248с. ил.
