Полосовые электрические фильтры типа К - Курсовая работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯВ цепях радиотехнических устройств обычно одновременно протекают токи самых различных частот: от очень высоких радиочастот до низких (звуковых частот и даже до тока нулевой частоты, т.е. постоянного тока). Обычно токи некоторых из этих частот должны воздействовать на последующие элементы схемы, воздействие же токов других частот является вредным, так как нарушает нормальную работу аппаратуры. Поэтому возникает необходимость в отделении токов одних частот от токов других частот. Общее направление работы заключается в том , чтобы найти общие сведения об электрических фильтрах, пояснение основных принципов их работы, классификация фильтров с уклоном на фильтры типа k, частотные характеристики фильтров, общие методы оценки качества фильтров. Чаще всего для этих целей применяют полосовые фильтры, анализу которых и посвящена данная работа.Под электрическими фильтрами понимают четырехполюсники, включаемые между источником питания и приемником (нагрузкой), назначение которых состоит в том, чтобы беспрепятственно - без затухания - пропускать к приемнику токи одних частот и задерживать, или пропускать, но с большим затуханием, токи других частот. Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания, называют полосой прозрачности; диапазон частот, пропускаемых с затуханием,-полосой затухания. То есть полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по линии сигналов. Фильтрующие свойства Э. ф. количественно определяются относительной величиной вносимого им затухания в составляющие спектра электрических колебаний: чем больше различие затуханий в полосе задерживания и полосе пропускания, тем сильнее выражены его фильтрующие свойства.Основные требования к фильтрам таковы: · в полосе пропускания фильтр не должен потреблять активную мощность; · фильтр должен содержать только элементы реактивного характера (L или C - элементы);Электрические фильтры устанавливают к котельным агрегатам средней и большой паропроизводительности. Работа электрофильтров основана на том, что в проходящих через них запыленных газах частицы золы заряжаются от стержневых излучающих электродов положительными электрическими зарядами, вследствие чего эти частицы притягиваются к осадительным пластинчатым электродам, заряженным отрицательными зарядами. Электрические фильтры могут работать при напряженных, но стабильных параметрах потока запыленного газа и пыли. Электрические фильтры могут применяться для сглаживания пульсаций напряжения выпрямителей, демодуляторов, которые преобразуют модулированные по амплитуде колебания высокой частоты в относительно медленные изменения напряжения сигнала, и в других подобных устройствах. Электрические фильтры используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерительной техники и так далее, везде, где передаются электрические сигналы при наличии помех и шумов отличающихся по частотному составу от полезных сигналов.По виду амплитудно-частотной характеристики фильтры подразделяются следующим образом (табл.1.1). Поскольку, при нагрузке фильтра сопротивлением, равным характеристическому, его входное сопротивление также будет равно Zc, то, вследствие вещественности Zc, можно сделать заключение, что фильтр работает в режиме резонанса, что было отмечено ранее. Аналогичный вывод о не идеальности реального фильтра можно сделать и для полосы прозрачности, поскольку обеспечить практически согласованный режим работы фильтра во всей полосе прозрачности невозможно, а следовательно, в полосе пропускания коэффициент затухания б будет отличен от нуля.[2] Поскольку такое согласование фильтра с нагрузкой во всей полосе пропускания практически невозможно, реально фильтр работает сб=0в ограниченном диапазоне частот. Такие фильтры называются фильтрами типа "k".По схеме k-фильтра без проведения подробного математического анализа можно судить о том, к какому из перечисленных типов может быть отнесен тот или иной фильтр.Схема полосно-пропускающий фильтра представлена на рис.2.1. Преобразуем схему (рис.1.4) и найдем эквивалентные сопротивления цепи (рис.1.5)Сопротивление нагрузки ZH, присоединяемой на выходе фильтра, должно быть согласовано с характеристическим сопротивлением фильтра ZC (ZH = ZC). Подставим в уравнение (2.2) значение линейного и поперечного сопротивлений: Выражаем Zc Подставляя в полученное уравнение (2.5) свои значения частот ?1 = 1350 и ?2 = 1580 и , а также , решаем полученную систему уравнений в программе Mathematica 9.0.0. 2.

Содержание

Введение

1. Общие сведения об электрических фильтрах

1.1 Принцип действия и назначение фильтров

1.2 Основные требования к фильтрам

1.3 Применение фильтров

1.4 Классификация фильтров

2. Расчет параметров схемы электрического фильтра

2.1 Схемы электрического фильтра

2.2 Частотная зависимость характеристического и входного сопротивлений фильтра

2.3 Частотная зависимость коэффициента затухания тока и напряжения фильтра

2.4 Частотная зависимость коэффициента фазы тока и напряжения фильтра

Заключение

Список литературы

В цепях радиотехнических устройств обычно одновременно протекают токи самых различных частот: от очень высоких радиочастот до низких (звуковых частот и даже до тока нулевой частоты, т.е. постоянного тока). Обычно токи некоторых из этих частот должны воздействовать на последующие элементы схемы, воздействие же токов других частот является вредным, так как нарушает нормальную работу аппаратуры. Поэтому возникает необходимость в отделении токов одних частот от токов других частот. Эта задача решается с помощью специальных устройств, называемых электрическими фильтрами.

Общее направление работы заключается в том , чтобы найти общие сведения об электрических фильтрах, пояснение основных принципов их работы, классификация фильтров с уклоном на фильтры типа k, частотные характеристики фильтров, общие методы оценки качества фильтров.

Частотные фильтры электрических сигналов предназначены для повышения помехоустойчивости различных электронных устройств и систем, в том числе и систем управления на их основе. Они широко применяются в автоматике, радиотехнике, измерительной технике, технике связи, электронной вычислительной технике и т.д.

Идеальные фильтры не ослабляют сигнал в полосе пропускания и полностью исключают прохождение сигнала в полосе задержания, обладая бесконечно большой крутизной амплитудно-частотной характеристики на частоте среза.

Использование фильтров позволяет устранить помехи и выполнить качественную обработку данных профилирования. Чаще всего для этих целей применяют полосовые фильтры, анализу которых и посвящена данная работа.

Целью данной курсовой работы является изучение основных сведений об электрических фильтрах, их назначения, применения и классификации; исследование работы фильтра на различные нагрузки. Цель реализуется через решение следующих задач:.

1. Рассчитать параметры схемы замещения фильтра

2. Построить частотную зависимость характеристического сопротивления Zc фильтра

3. Построить частотную зависимость входного сопротивления фильтра при трех фиксированных значениях сопротивлений нагрузки: 0.5Rn. Rn, 2Rn .

4. Построить частотные зависимости коэффициента затухания тока и напряжения фильтра, работающего

1) на согласованную нагрузку;

2) на нагрузку фиксированными значениями сопротивлений: 0,5Rn Rn, 2Rn .

5. Построить частотные зависимости коэффициента фазы тока и напряжения фильтра, работающего

1) на согласованную нагрузку;

2) на нагрузку фиксированными значениями сопротивлений: 0,5Rn Rn, 2Rn.