Проект фильтра нижних частот девятого порядка с использованием пяти звеньев структуры Рауха - Курсовая работа

Первые простейшие фильтры, служащие для разделения телеграфных и телефонных сигналов, передавшихся по одному проводу, и состоявшие из одной катушки индуктивности и одного конденсатора, были применены военным связистом капитаном Игнатьевым еще в XIX веке. Другим простейшим типом фильтров, появившимся практически с момента зарождения радиотехники, был колебательный контур, также состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. Сегодня фильтры настолько глубоко вошли в электронную технику, что трудно представить себе сколько-нибудь сложную систему, в которых в той или иной форме не использовались бы фильтры. Этот процесс усложнения радиоэлектронных устройств привел к тому, что в настоящее время существует множество самых различных принципов реализации частотно-избирательных устройств: LC-фильтры, активные RC-фильтры, пьезоэлектрические кварцевые), пьезокерамические, электромеханические, магнитострикционные, спиральные, полосковые, коаксиальные, волноводные, параметрические, цифровые и даже электротепловые - для очень низких частот.Пакет Control System предназначен для моделирования, анализа и проектирования систем автоматического управления - как непрерывных, так и дискретных. В пакете реализованы: полный набор средств для анализа MIMO-систем (множество входов - множество выходов) систем; Пакет Control System включает большое количество алгоритмов для проектирования и анализа систем управления. Пакет использует перенос объектов мышью для изменения временных ограничений прямо на графиках, что позволяет легко настраивать переменные и указывать неопределенные параметры, обеспечивает интерактивную оптимизацию, реализует моделирование методом Монте-Карло, поддерживает проектирование SISO - (один вход - один выход) и MIMO-систем управления, позволяет моделировать подавление помех, слежение и другие типы откликов, поддерживает проблемы повторяющегося параметра и задачи управления системами с запаздыванием, позволяет осуществлять выбор между удовлетворенными и недостижимыми ограничениями. Пакет Robust Control включает средства для проектирования и анализа многопараметрических устойчивых систем управления.Электрический фильтр - устройство, пропускающее электрические колебания одних частот и задерживающее колебания других (рис. Фильтр нижних частот представляет собой устройство, пропускающее сигналы низких частот и подавляющее сигналы высоких частот. В общем случае определим полосу пропускания как интервал частот 0w1, переходную область как диапазон частот wc <w<w1 .На рисунке изображены идеальная и реальная амплитудно-частотные характеристики фильтра нижних частот. АЧХ фильтра, удовлетворяя техническим требования, должна наилучшим образом приближаться к идеальной АЧХ. В теории фильтрации принято нормирования по частоте, проводящее расчет фильтров, работающих на различных частотах, к расчет некоторого нормированного фильтра с определенно частотой среза.В варианте данной курсовой работы предложено спроектировать фильтр нижних частот девятого порядка, используя структуру Рауха. С целью вывода передаточной функции фильтра нижних частот по структуре Рауха рассмотрим отдельно фильтр второго порядка и фильтр первого порядка, которую будут соединены каскадно: Рис. Построим принципиальную схему фильтра нижних частот второго порядка на операционном усилителе. Подставим (3.7), (3.8), (3.6) в (3.2), а затем получившееся выражение подставим в (3.5): (3.10) Построим принципиальную схему фильтра нижних частот первого порядка на операционном усилителе по аналогичной схеме.Для построения принципиальной схемы девятого порядка необходимо последовательно соединить четыре функциональных звена второго порядка и одно звено первого порядка структуры Рауха, изображения которых представлены на рисунках 3.3 и 3.5. Чтобы рассчитать элементы принципиальной схемы фильтра, нужно решить две системы (3.16) (для двух каскадов второго порядка) и (3.26). Для этого необходимо задать С1,С2 следующим образом: Решим систему (3.16) для третьего каскада второго порядка. Для этого необходимо задать С1,С2 следующим образом: Решим систему (3.16) для четвертого каскада второго порядка. Согласно стандартному ряду Е96 (для резисторов) и Е12 (для емкостей) зададим элементы схемы: , , , , , , , , , , , , , , , , , , Определив элементы принципиальной схемы фильтра, рассчитаем характеристики данного фильтра непосредственно через значение элементов.У сигналов с линейной частотной модуляцией частота колебания изменяется не по гармоническому, а по линейному закону. Поэтому огибающая ЛЧМ сигнала изменяется по закону амплитудно-частотной характеристики линейного звена. Соберем схему генератора ЛЧМ сигнала, состоящую из генератора сигнала синусоидальной формы, управляемого напряжением, генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к управляющему входу генератора сигнала синусоидальной формы.В данной курсовой работе спроектирован фильтр нижних частот девятого порядка.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обзор возможностей анализа и синтеза систем управления в системе Matlab

2. Методика расчета устройств фильтрации на операционных усилителях

3. Вывод передаточной функции фильтра по структуре Рауха

4. Разработка принципиальной схемы фильтра, расчет элементов

5. Моделирование фильтра на функциональном уровне в системе Mathcad в частотной и временной областях (расчет АЧХ, ФЧХ, ХРЗ, ХГВЗ, ИХ, ПХ в нормированном и денормированном видах)

6. Моделирование фильтра на схематехническом уровне в системе Electronic Workbench в частотной и временной областях (измерение АЧХ, ФЧХ, ЧРЗ, ИХ, ПХ)

7. Измерение АЧХ фильтра в системе Electronic Workbench с помощью ЛЧМ сигнала

Заключение

Список литературы

Приложение