Проектирование активных фильтров - Курсовая работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФБГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Электроника и схемотехника» на тему «Проектирование активных фильтров» Выполнил: студент группы БТ-101 На базе операционного усилителя синтезировать фильтр низких частот удовлетворяющий следующим техническим характеристикам: Граничные частоты полосы пропускания: fв =0,17 КГЦВ настоящее время в радиоэлектронике фильтры находят очень широкое применение. Фильтры - это схемы, которые пропускают некоторые частоты и подавляют остальные. Фильтры бывают пассивные и активные. Пассивные фильтры строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности. В активных фильтрах используются усилители, часто ОУ (операционные усилители), для улучшения их характеристик.АЧХ фильтра, удовлетворяя условиям физической реализуемости и техническим требованиям, должна наилучшим образом приближаться к идеальной АЧХ. Если в качестве функции фильтрации используют полиномы, то фильтры называются полиномиальными. Рассмотрим три вида аппроксимации: Аппроксимация полиномом Баттерворта: Аппроксимация по Баттерворту чаще всего используется, когда требуется спроектировать фильтр с максимально плоской амплитудной характеристикой в полосе пропускания, и при этом не ставятся жесткие требования по обеспечению высокой скорости затухания вне полосы пропускания. Таким образом, увеличение порядка фильтра приводит к усложнению самого фильтра, удорожанию и что самое важное, фильтр с увеличением порядка становится очень чувствительным к разбросу номиналов его компонент и требует точной прецизионной настройки. Определим порядок n аппроксимации по Баттерворту: Аппроксимация полиномом Чебышева: Аппроксимация по Чебышеву обеспечивает большую крутизну затухания в полосе задерживания и лучшую избирательность (при любых расстройках) по сравнению с аппроксимацией по Баттерворту.В общем виде электрические фильтры описываются передаточной функцией вида: Для фильтра нижних частот второго порядка типовая передаточная функция имеет следующий вид: В предыдущем пункте были получены возможные значения порядка аппроксимации полиномом Чебышева. Выберем из условия целое значение n=6 (учитывая два условия: 1) чем выше порядок фильтра, тем лучше его амплитудно-частотная характеристика 2) слишком высокий порядок усложняет схемную реализацию и повышает стоимость) Поскольку реализовываться фильтр будет путем каскадного соединения звеньев, его передаточную функцию можно представить как произведение сомножителей второго порядка: , где Ki - коэффициент усиления звена второго порядка;Следующим шагом является разработка схемы фильтра, реализующей данную функцию. Для построения фильтров, пригодных для работы в диапазонах низких частот, следует исключить катушки индуктивности, поскольку на низких частотах параметры катушек становятся неудовлетворительными изза больших размеров и значительного отклонения рабочих характеристик от идеальных. Это достигается разработкой активных фильтров на основе резисторов, конденсаторов и активного элемента (ARC - фильтры). При построении заданного фильтра используем 3 звена 2-ого порядка фильтра нижних частот на источнике напряжения, управляемого напряжением.Для расчета пассивных элементов воспользуемся следующими формулами приводимыми в справочной литературе: Для звена 2-го порядка: (1) Значения сопротивлений, удовлетворяющие уравнению (1) определяются следующим образом: (2) где B и С-коэффициенты звена, найденные по справочным данным в п.2Согласно стандарту Е-24 подберем номиналы резисторов и конденсаторов.Электрическая схема синтезируемого фильтра в системе моделирования Electronics WorkbenchРассчитав параметры фильтра, необходимо построить частотную характеристику фильтра и посмотреть, удовлетворяет ли полученный результат исходным данным. Для звена 1: Для звена 2: Для звена 3: Подставив полученные значения коэффициентов B и С, получим АЧХ фильтра с реальными элементами звеньев.Для выполнения требования по обеспечению заданного в техническом задании напряжения на выходе фильтра, равного 3 В, требуется поставить на выходе усилительный каскад с коэффициентом усиления:

Таким образом, напряжение на входе должно быть равно 0,534 B.В курсовой работе был рассчитан и спроектирован ARC-фильтр нижних частот шестого порядка, при этом для расчета АЧХ использовалась аппроксимация по Чебышеву.

СОДЕРЖАНИЕ

Техническое задание

Введение

1. Обоснование выбора аппроксимации

2. Расчеты для получения передаточной функции фильтра

3. Реализация активных фильтров на операционных усилителях

3.1 Расчет элементов цепи

3.2 Выбор стандартных элементов звена

3.3 Модель фильтра в автоматизированной системе моделирования Electronics Workbench

4. Расчет частотной характеристики фильтра

5. Обеспечение требуемого выходного напряжения

Заключение

Список литературы