Проектирование устройств фильтрации по рабочим параметрам. Виды аппроксимации частотных характеристик. Моделирование разрабатываемого фильтра на функциональном уровне в MathCAD, в частотной и временной областях, в нормированном и денормированном виде.
Аннотация к работе
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. Непрерывный 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, пьезокерамические, электромеханические, магнитострикционные, спиральные, полосковые, коаксиальные, волноводные, параметрические, цифровые и даже электротепловые - для очень низких частот. Можно считать, что история современных RC-фильтров начинается с появления в начале 60-х годов интегрального операционного усилителя, который и определил столь быстрое развитие активной фильтрации. В настоящее время, когда требования к обработке сигналов повсеместно растут, реализация чисто активных RC-фильтров, характеристики которых определяются элементами R и C, достигла уже предела возможностей современной гибридной технологии. Сейчас активные RC-фильтры успешно заполняют освобождающуюся от LC-фильтров огромную нишу в радиоаппаратуре в части микроминиатюризации первого порядка, где нет пока необходимости или возможности использования интегральной технологии.Вы можете использовать функции Communications Toolbox из командной строки MATLAB, графического интерфейса BERTOOL, а также включать в пользовательские скрипты и функции MATLAB. Эти действия выполняются функциями symerr и biterr, первая из которых подсчитывает число несовпадающих символах в двух сообщениях, а вторая - число несовпадающих битов в двоичных представлениях этих символов. В общем случае это кодирование может включать в себя преобразование измеряемой физической величины в электрический сигнал (по этой причине на структурных схемах систем передачи информации блоки кодирования и декодирования источника иногда называют преобразователями), дискретизацию и квантование, а также устранение избыточности, имеющейся в исходном сообщении. Пакет Communications содержит функции, выполняющие следующие операции кодирования/декодирования источника: неравномерное квантование и оптимизация параметров такого квантования; Кроме того, функции rsencode и rsdecode позволяют использовать при кодировании и декодировании экспоненциальный формат данных, а функции rsencof и rsdecof осуществляют кодирование и декодирование текстового файла.Пакет прикладных программ для проектирования устройств, использующих процессоры цифровой обработки сигналов. Результаты моделирования и проектирования цифровых устройств с помощью этого пакета могут использоваться для построения высокоэффективных цифровых фильтров на современных микропроцессорах цифровой обработки сигналов.Доступ к средствам пакета DSP из командной строки MATLABИсточники и получатели сигналовРабота с блоками математических операций Решение систем линейных уравнений Операции с полиномами Управление сигналами Подраздел DSP Signal AttributesОсобенно широко, эффектно и эффективно система МАТЛАБ применяется в области обработки сигналов, которая по необходимости затрагивает информатику и связь, управление, радиолокацию и радионавигацию, радиовещание и телевидение, медицинское приборостроение и измерительную технику, автомобильную и бытовую электронику и многое другое. Построение модели сводится к перемещению с помощью мыши необходимых блоков из библиотек Simulink в окно создаваемой модели и соединению этих блоков между собой. Работая с программой Simulink, можно создавать модели линейных и нелинейных, аналоговых, дискретных и смешанных (аналогово-дискретных) цепей и систем, изменять параметры блоков непосредственно во время процесса моделирования и сразу же наблюдать реакцию моделируемой системы. Исходный сигнал с генераторов, расположенных в левой части рисунка, поступает на вход АЦП, моделируемого с помощью последовательно соединенных блоков Zero-Order Hold и Quantizer (на рисунке модель заключена в контур). В рассматриваемой модели блок Histogram формирует векторный выходной сигнал, содержащий число значений входного сигнала, попадающих в заданные интервалы (иногда их называют бины), а блок User-defined Frame Scope строит график, на котором по оси ординат отложены значения этого сигнала, а по оси абцисс - номера интервалов, называемых интервалами группировки.Передаточную функцию фильтра верхних частот с частотой среза ?с можно получить из передаточной функции нормированного фильтра нижних частот (имеющего ?с, равную 1 рад/с) с помощью замены переменной (р) на ?с/р. Для фильтра верхних частот коэффициенты ?,? и С будут иметь иные значения, они будут выражены через коэффициенты K(p) фильтра прототипа нижних частот: (7) Фильтр с МОС, показанный на рисунке, реализует функцию верхних частот второго порядка с инвертирующим коэффициентом усиления К>0. Для фильтра верхних частот коэффициенты ?,? и С будут иметь иные значения, они будут выражены через коэфф
План
Оглавление
Введение
1. Обзор прикладных программ
1.1 Обзор пакетов Communications Toolbox
1.2 Обзор DSP Blockset системы MATLAB
2. Метод проектирования устройств фильтрации по рабочим параметрам.
3. Виды аппроксимации частотных характеристик: Чебышева (инверсная)
4. Вывод передаточных функций фильтровых звеньев по структуре Салена-Кея
5. Моделирование разрабатываемого фильтра на функциональном уровне в MATHCAD в частотной и временной областях (расчет АЧХ, ХРЗ, ХГ, ВЗ, ЧХ, ПХ) в нормированном и денормированном виде
Цепи фильтрации сигналов - важная и неотъемлемая часть многих систем связи и электрических контрольно-измерительных устройств. Они служат для формирования частотных каналов в системах коммутации, разделения и преобразования электрических сигналов. 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.
Непрерывный 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, пьезокерамические, электромеханические, магнитострикционные, спиральные, полосковые, коаксиальные, волноводные, параметрические, цифровые и даже электротепловые - для очень низких частот.
Можно считать, что история современных RC-фильтров начинается с появления в начале 60-х годов интегрального операционного усилителя, который и определил столь быстрое развитие активной фильтрации. В настоящее время, когда требования к обработке сигналов повсеместно растут, реализация чисто активных RC-фильтров, характеристики которых определяются элементами R и C, достигла уже предела возможностей современной гибридной технологии.
Сейчас активные RC-фильтры успешно заполняют освобождающуюся от LC-фильтров огромную нишу в радиоаппаратуре в части микроминиатюризации первого порядка, где нет пока необходимости или возможности использования интегральной технологии.
С помощью машинных программ можно рассчитать схемы любых фильтров, отвечающим заданным техническим требованиям, используя хорошо разработанные методы синтеза. В нашем случае будут использованы два вспомогательных программных продукта - это MATHCAD как программа построения различных характеристик и численного расчета выражений, а также Electronic Workbench как оболочка построения принципиальной схемы фильтра и получения тех же характеристик.
Данный курсовой проект будет направлен на освоение методики расчета фильтра верхних частот. В нем будет проведен обзор нескольких программных продуктов, в которых есть возможность моделировать устройства фильтрации. Довольно подробно будет рассказано о самой методики расчета фильтров различных порядков на операционных усилителях. Весь курсовой проект основан на рассмотрении фильтров Чебышева с многопетлевой обратной связью нечетного порядка.
Анализ различных характеристик во временной и частотной областях позволит сделать некоторые выводы о правильности расчета фильтра на определенных этапах, оценку устойчивости фильтра к различным изменениям условий эксплуатации. Ставится задача сравнить характеристики, полученные с помощью нормированных коэффициентов в системе MATHCAD и характеристик полученных в системе Electronic Workbench на основе рассчитанных значений элементов входящих в состав звена фильтрации с многопетлевой обратной связью.