Основные принципы построения активных режекторных фильтров нижних и верхних частот, их преимущества и недостатки. Расчет и моделирование активного RC-фильтра второго порядка на операционном усилителе; построение амплитудно-частотной характеристики.
Аннотация к работе
Федеральное министерство по образованию Волгоградский государственный университетАктивные RC-фильтры относятся к широко распространенному классу частотно избирательных цепей и, наряду с построенными на основе их использования генераторами синусоидальных колебаний, находят применение в системах передачи информации, автоматического управления и регулирования, технике измерения и различного рода функциональных преобразователях.Фильтрация - преобразование сигналов с целью изменения соотношения между их различными частотными составляющими. Фильтры обеспечивают выделение полезной информации из смеси информационного сигнала с помехой с требуемыми показателями. Следовательно, он пропускает сигналы определенных частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот. полосовые фильтры, которые пропускают полосу частот и задерживают те частоты, которые расположены выше и ниже этой полосы; режекторные фильтры, которые задерживают полосу частот и пропускают частоты, расположенные выше и ниже этой полосы.Фильтр нижних частот является схемой, которая без изменений передает сигналы нижних частот, а на высоких частотах обеспечивает затухание сигналов и запаздывание их по фазе относительно входных сигналов. 3 изображена схема простого RC-фильтра нижних частот. 4 изображена АЧХ фильтра нижних частот. Простейшая схема фильтра нижних частотФильтр верхних частот - это схема, которая передает без изменений сигналы высоких частот, а на низких частотах обеспечивает затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных сигналов. Схема простого RC-фильтра верхних частот приведена на рис. Простейшая схема фильтра верхних частот Разновидности фильтров верхних частотАЧХ данного фильтра приведена на рис. В отличие от полосового фильтра амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления на резонансной частоте имеет минимум. Полосно-пропускающий фильтр представляет собой устройство, которое пропускает сигналы в диапазоне частот с определенной шириной полосы, расположенной приблизительно вокруг центральной частоты а>о (рад/с), или на рис. Коэффициент усиления фильтра К определяется как значение его амплитудно-частотной характеристики на центральной частоте. Полосно-заграждающий фильтр (называется также полосно-задерживающим или полосно-исключающим, или V-образным) представляет собой устройство, которое подавляет сигналы в единственной полосе частот и пропускает сигналы со всеми другими частотами.Активные фильтры построены из сопротивлений, конденсаторов и усилителей (обычно операционных) и предназначены для того, чтобы из всех подаваемых на их вход сигналов пропускать на выход сигналы лишь некоторых заранее заданных частот. Эти обладающие частотной избирательностью схемы используются для усиления или ослабления определенных частот в звуковой аппаратуре, в генераторах электромузыкальных инструментов, в сейсмических приборах, в линиях связи, а также в исследовательской практике для изучения частотного состава самых разнообразных сигналов, таких, например, как биотоки мозга или механические вибрации. Одним из наиболее часто применяемых активных приборов, который в основном использоваться, является интегральная схема (ИС) операционного усилителя (ОУ). Операционный усилитель представляет собой многовходовый прибор, но для простоты показаны только три его вывода (рис. 14 выводы - это обычно выводы подключения источника питания; выводы подключения цепей коррекции, требуемой для ОУ; и выводы балансировки нуля, необходимые для ОУ.Пассивные фильтры построены из катушек индуктивности, конденсаторов и сопротивлений. Большинство пассивных фильтров для работы в тех диапазонах частот, где они находят применение, нуждаются в больших по размеру, тяжелых и дорогих катушках индуктивности и ослабляют частоты в полосе пропускания, а не только в полосе подавления, хотя частоты в этой последней ослабляются сильнее. По сравнению с пассивными активные фильтры имеют следующие преимущества: 1) в них используются только сопротивления и конденсаторы, т.е. компоненты, свойства которых ближе к идеальным, чем свойства катушек индуктивности;Они нуждаются в источнике питания, а их рабочий диапазон частот ограничен сверху максимальной рабочей частотой операционного усилителя. Это приводит к тому, что большинство активных фильтров может работать лишь на частотах, не превышающих нескольких мегагерц, хотя отдельные типы операционных усилителей могут обеспечить работу фильтров и на более высоких частотах. По мере улучшения изготовителями операционных усилителей их частотных характеристик будет увеличиваться и верхний частотный предел активных фильтров. Для выборочного подавления составляющих определенных частот необходим фильтр, коэффициент передачи которого на резонансной частоте равен нулю, а для нижних и верхних частот имеет постоянное значение. Такой фильтр называется заграждающим.С ростом порядка фильтра его фильтрующие свойства улучшаются. На одном ОУ достаточно просто реализуется фильтр второго порядка.
План
Содержание
Введение
1. Общие сведения о фильтрах
1.1 Фильтры нижних частот
1.2 Фильтры верхних частот
1.3 Полосовой фильтр
2. Активные фильтры
2.1 Преимущества активных фильтров
2.2 Недостатки активных фильтров
2.3 Реализация фильтров на операционном усилителе
3. Расчет активного режекторного фильтра второго порядка на операционном усилителе с Т-образным мостом
3.1 Исходные данные
3.2 Общая методика расчета фильтра на ОУ
3.3 Выбор схемы активного режекторного фильтра на ОУ
3.4 Электрический расчет выбранного активного режекторного фильтра на ОУ