Проектирование и исследование функционирования многозвенного активного фильтра - Курсовая работа

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить расчет и математическое моделирование фильтра в САПР MATHCAD, а также анализ и схемотехническое моделирование в специализированных САПР Electronics Workbench и MICROCAP. Первой задачей курсовой работы является сравнение возможностей 2-х указанных САПР при моделировании электронных устройств.Коэффициент усиления фильтра определяется значением K. ФЧХ характеристики фильтра Чебышева для 2 - 7-го порядков приведены на рисунке 1.2. Это согласуется с тем фактом, что амплитудно-частотная характеристика фильтра Чебышева высокого порядка лучше амплитудно-частотной характеристики фильтра более низкого порядка. На рисунке 1.3 изображены идеальная и реальная амплитудно-частотные характеристики, где для практического случая обозначены полоса пропускания ?>?с, полоса задерживания 0????1, переходная область ?1<?<?с и частота среза ?с (рад/с), или fc=?c/2? (Гц). Для фильтров четвертого и более низкого порядка достаточно применять угольные композиционные резисторы с 5%-ными допусками, в частности, если предполагается использовать фильтр при комнатной температуре.Для реализации требований технического задания необходимо рассчитать фильтр 7-го порядка.После расчета мы определимся с конкретной элементной базой, выбранной из стандартного ряда сопротивлений, после чего проведем моделирование с идеальными (рассчитанными) компонентами, если не будем удовлетворены, проведем настройку фильтра. Для расчета эллиптического или инверсного Чебышева фильтра верхних частот второго порядка или звена второго порядка фильтра более высокого порядка, обладающего заданной частотой среза fc (Гц), или ?с=2?fс (рад/с), коэффициентом усиления К, минимальным затуханием в полосе задерживания (MSL), а для эллиптического фильтра и неравномерностью передачи в полосе пропускания (PRW), необходимо выполнить следующие шаги. Если значение добротности Q= С /B невелико, то значение емкости С2 можно выбрать близким к значению С1 , а если Q велико, то значение С2 беретсябольшим, чем С1. Как было сказано в главе 1, наиболее важными параметрами при выборе ОУ для фильтра являются: коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью, скорость нарастания, полное входное сопротивление. Коэффициент усиления ОУ с разомкнутой обратной связью должен, по крайней мере, в 50 раз превышать значение амплитудно-частотной характеристики фильтра или звена на частоте fc.Моделирование в среде специализированных САПР показало, что идеальная модель фильтра (построенная на идеальных элементах) полностью соответствует математической модели (об этом можно судить по характеристикам, полученным при моделировании в среде MICROCAP).Как правило, использование реальных типономиналов компонентов приводит к отличиям идеальных и реальных характеристик фильтров. Для минимизации расхождений между реальным и идеальным фильтрами выполняется настройка реального фильтра. Настройка биквадратного звена, представленного на рисунке 1.5, осуществляется следующим образом: изменяя сопротивления R1, R3 и R2, получают соответственно требуемые К, fc и характеристику в полосе пропускания. Для выбранного значения R4 изменение R2 приводит к изменению коэффициента В, а изменение R3 - коэффициента С. На рисунках 3.1 и 3.2 представлены АЧХ ненастроенных звеньев с реальными компонентами, построенные в САПР MICROCAP.Проведя всесторонний анализ фильтра мы пришли к выводу о том, что данное схемотехническое решение фильтра работоспособно, но не способно корректно выполнять свои задачи.

44Надо посмотреть на спектральный и сигнальный отклик, при воздействии гармонического сигнала, чтобы убедиться в правильности работы всех звеньев. Мы видим, что выходные напряжения соответствуют коэффициентам усиления звеньев во всех кроме 4 звена переходный процесс завершается довольно быстро, такая реакция 4 звена обусловлена предельным значением его добротности для данного схемотехнического решения звеньев активного фильтра. Однако если брать во внимание тот факт, что его коэффициент усиления равен 1, и что его, важно подчеркнуть, затухающие со временем колебания не окажут существенного влияния на фильтр в целом. Данная АЧХ полностью соответствует нашим требованиям, настройку фильтра можем считать законченной перейдем к анализу полученной реализации фильтра. Становится совершенно очевидно, что фильтр работает с таким сигналом, так же как и с гармоническим сигналом той же частоты, что означает, что и на выходе у него тоже гармонический сигнал, однако это говорит и о том, что фильтр не способен передавать импульсные сигналы.Проведя всесторонний анализ фильтра мы пришли к выводу о том, что данное схемотехническое решение фильтра работоспособно, и более того способно корректно выполнять свои задачи.

56Распределение “Худший случай” (Worst Case) размещает все значения в экстремумах полосы допуска. Значения распределяются с равной вероятностью по диапазону: от Min = Номинал Допускдо Max = Номинал Допуск Если, например, разработчик уверен, что 99,9% всех 10%-х резисторов поп

Для реализации требований технического задания необходимо рассчитать фильтр 7-го порядка. При этом нужно использовать одно звено 1-го порядка и три звена 2-го порядка. Рассчитанные добротности звеньев 2-го порядка могут быть реализованы на трех конденсаторах. Полученные АЧХ и ФЧХ фильтра соответствуют требованиям технического задания. В дальнейшем необходимо рассчитать параметры ЭРЭ, реализующих полученные характеристики

17В результате расчетов и анализа выбрана элементная база для схемотехнической реализации фильтра. Моделирование в среде специализированных САПР показало, что идеальная модель фильтра (построенная на идеальных элементах) полностью соответствует математической модели (об этом можно судить по характеристикам, полученным при моделировании в среде MICROCAP). По удобству использования и предоставляемым возможностям САПР MICROCAP обладает большим функционалом и набором инструментов для анализа. В дальнейшем необходимо выполнить моделирование реального фильтра и получить различные характеристики.

32Проведя всесторонний анализ фильтра мы пришли к выводу о том, что данное схемотехническое решение фильтра работоспособно, но не способно корректно выполнять свои задачи.

44Проведя всесторонний анализ фильтра мы пришли к выводу о том, что данное схемотехническое решение фильтра работоспособно, и более того способно корректно выполнять свои задачи.

56