Проектирование полосового фильтра Баттерворта
Критерии классификации электрических фильтров. Проектирование фильтра в виде реактивного четырехполюсника лестничной структуры с нагрузкой на входе и выходе (фильтр Баттерворта). Данные для расчета фильтра. Допустимый разброс параметров фильтра.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.01.2013 |
| Размер файла | 1,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ РАДИОТЕХНИКИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
Проектирование полосового фильтра Баттерворта
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Екатеринбург 2010
Оглавление
- 1. Введение
- 2. Расчёт фильтра
- 2.1 Данные для расчёта фильтра
- 2.2 Расчёт порядка фильтра
- 2.3 Расчёт ФНЧ-прототипа
- 2.4 Переход от ФНЧ к ПФ
- 2.5 Денормирование ФНЧ-прототипа
- 3. Анализ полученного фильтра
- 3.1 Построение АЧХ и ФЧХ фильтра
- 3.2 Определение допустимого разброса параметров фильтра
- 4. Выводы по работе
- 5. Список литературы
1. Введение
Электрический фильтр - устройство, которое практически не ослабляет спектральные составляющие сигнала в заданной полосе частот (полоса пропускания) и значительно ослабляет все спектральные составляющие вне этой полосы (полоса подавления).
По взаимному расположению полос пропускания и задерживания различают фильтры нижних частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосовые фильтры (ПФ) и заграждающие фильтры. По виду аппроксимации амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра различают фильтры Баттерворта, фильтры Чебышева, фильтры Кауэра и др. По используемой элементной базе различают пассивные LC-фильтры, активные RC-фильтры и цифровые фильтры.
В данной работе необходимо спроектировать фильтр в виде реактивного четырехполюсника лестничной структуры с нагрузкой на входе и на выходе, удовлетворяющий перечисленным в задании требованиям. Привести полную схему фильтра и рассчитать АЧХ и ФЧХ. Выполнить анализ спроектированного фильтра с использованием пакета программ для анализа электрических цепей "Micro-Cap 9".
2. Расчёт фильтра
2.1 Данные для расчёта фильтра
Тип фильтра - полосовой с максимально полоской АЧХ в полосе пропускания (Фильтр Баттерворта)
Неравномерность в полосе пропускания (1) - 1 дБ;
Неравномерность в полосе подавления (2) - 1 дБ;
Полоса пропускания (Df) - 50 КГц;
Нижняя частота среза (fсн) - 980 КГц;
Верхняя частота среза (fсв) - 1020 КГц;
Нижняя граница полосы подавления: (fsн) - 950 КГц;
Верхняя граница полосы подавления (fsв) - 1050 КГц;
Гарантированное ослабление (As) - 30 дБ;
Сопротивление нагрузки (Rн) - 75 Ом.
Центральная частота
2.2 Расчёт порядка фильтра
Порядок фильтра рассчитывается по справочным таблицам и номограммам, исходя из следующих данных:
Данным условиям соответствует фнч-прототип Баттерворта 5-го порядка.
2.3 Расчёт ФНЧ-прототипа
Пассивный нормированный LC-фильтр нижних частот лестничной структуры будет иметь следующий вид:
Нормированный ФНЧ 5-го порядка
Сопротивления генератора и нагрузки (Rг и Rн) у фильтра-прототипа нижних частот равны единице. Значения ёмкостей и индуктивностей для фильтра 5-го порядка возьмём из таблицы в справочнике по расчёту фильтров Р. Зааля: C1`= 0.618; L2`=1.618; C3`=2.000;L4`=1.618; C5`=0.618.
2.4 Переход от ФНЧ к ПФ
Чтобы перейти от ФНЧ к полосовому фильтру, нужно заменить ёмкости на параллельные колебательные контуры, а индуктивности - на последовательные:
Преобразования пассивных элементов при переходе от ФНЧ к ПФ.
При замене индуктивности на последовательный колебательный контур значение индуктивности и емкости находится следующим образом:
Аналогично находится емкость и индуктивность при замене ёмкости на параллельный колебательный контур:
где Ka-коэффициент преобразования ширины полосы.
2.5 Денормирование ФНЧ-прототипа
Для денормирования величин ёмкостей и индуктивностей необходимо нормированные значения умножить на коэффициент денормирования:
L=KL*Lн;
C=KC*Cн.
Коэффициент денормирования для индуктивностей равен:
,
для ёмкостей:
,
В результате получаем:
Требуемый полосовой фильтр:
Полосовой фильтр 5-го порядка.
баттерворт фильтр полосовой электрический
3. Анализ полученного фильтра
3.1 Построение АЧХ и ФЧХ фильтра
С помощью "Microcap V" построим амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики полученного фильтра.
АЧХ:
ФЧХ:
3.2 Определение допустимого разброса параметров фильтра
Определим допустимый разброс параметров индуктивностей и емкостей из условия допустимых изменений затухания в полосе пропускания A1, в дБ, полосе подавления A2 дБ
Увеличив величины всех индуктивностей на 0.2%, получаем следующие результаты:
Увеличение всех индуктивностей фильтра привело к сдвигу АЧХ в сторону уменьшения частоты, при этом получили следующие значения параметров:
DA1=1.4дБ; DA2=1.2 дБ.
Аналогичный сдвиг АЧХ происходит при уменьшении всех емкостей на такую же величину.
Теперь увеличим емкости и индуктивности фильтра на 0.2%.
Получаем следующие АЧХ:
При одновременном увеличении емкостей и индуктивностей АЧХ сдвинулась в сторону уменьшения частоты, получены следующие результаты:
DA1=1.8дБ; DA2=2.1 дБ.
Занесем полученные результаты в таблицу:
|
DA1 |
1.4 |
1.8 |
|
|
DA2 |
1.2 |
2.1 |
Из данной таблицы следует, что допустимый разброс параметров для DA1=1дБ и DA2=1дБ совпадает и составляет не более 0.1%.
Определим допустимый разброс параметров индуктивностей и емкостей из условия допустимых изменений полосы пропускания в f, %.
f д=50 КГц - максимально допустимая ширина полосы пропускания.
f =40 КГц - расчетная полоса пропускания.
Тогда максимальное отклонение F от расчетной величины f, в процентах равно:
Рассчитаем, на сколько необходимо изменить номиналы элементов, для того чтобы полоса пропускания стала равна f д =50 КГц
где -коэффициент преобразования ширины полосы.
,
где Kaд - коэффициент преобразования ширины полосы, соответствующий f д =50 КГц
Следовательно, для увеличения полосы пропускания до f д, необходимо номиналы элементов уменьшить на 20%, а номиналы элементов увеличить на 25%.
Построим АЧХ получившегося фильтра:
Следовательно, для условия допустимых изменений полосы пропускания F=25% допустимый разброс параметров индуктивностей и емкостей должен быть не более 20%.
4. Выводы по работе
В результате выполнения данной курсовой работы был произведен расчет пассивного полосового фильтра Баттерворта лестничной структуры. Для полученного фильтра были построены АЧХ и ФЧХ фильтра. Было проанализировано влияние разброса индуктивностей катушек и емкостей конденсаторов на неравномерность характеристики в полосе пропускания и полосе подавления фильтра, а также на ширину полосы пропускания фильтра.
5. Список литературы
1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. школа, 1983.536 с.
2. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров. Пер. с нем. М.: Радио и связь, 1985.752 с.
3. Ханзел Г. Справочник по расчету фильтров: Пер. о англ. М.: Сов. радио. 1974.288 с.
4. Проектирование пассивных и активных электрических фильтров: Методические указания к выполнению курсовой работы / В.Г. Коберниченко, А.П. Мальцев, Ю.В. Шилов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003. 31с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Разработка активного электрического фильтра Баттерворта 6-го порядка на основе идеального операционного усилителя (ОУ). Изучение проектирования фильтров при использовании современных методов расчета – программы Microcap. Построение АЧХ и ФЧХ фильтра.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 31.05.2010Характеристика активных фильтров, требования, предъявляемые к ним. Разработка принципиальной схемы полосового фильтра. Анализ технического задания и синтез схемы устройства. Реализация фильтра Баттерворта. Выбор элементов схемы и операционного усилителя.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2015Расчет полосно-пропускающего фильтра Баттерворта, проверка его симметричности и коэффициента перекрытия. Определение передаточной функции проектируемого фильтра. Расчет каскадов, потребляемых токов, мощности, надежности. Выбор элементной базы устройства.
курсовая работа [343,5 K], добавлен 15.01.2015Разработка полосового фильтра десятого порядка с аппроксимацией Баттерворта. Его схемная реализация с использованием структуры Рауха. Моделирование фильтра на функциональном и схемотехническом уровнях его характеристики в частотной и временной областях.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 03.12.2013Выделение полезной информации из смеси информационного сигнала с помехой. Математическое описание фильтров. Характеристика фильтра Баттерворта и фильтра Чебышева. Формирование шаблона и определение порядка фильтра. Расчет элементов фильтра высоких частот.
курсовая работа [470,3 K], добавлен 21.06.2014Проектирование схемы LC-фильтра. Определение передаточной функции фильтра и характеристики его ослабления. Моделирование фильтра на ПК. Составление программы и исчисление параметров элементов ARC-фильтра путем каскадно-развязанного соединения звеньев.
курсовая работа [824,9 K], добавлен 12.12.2010Основные типы фильтров, их достоинства и недостатки. Синтез фильтра верхних частот (ФВЧ) с аппроксимацией амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) полиномом Баттерворта. Выбор схемы для каскадов общего фильтра. Методика его настройки и регулирования.
курсовая работа [753,3 K], добавлен 29.08.2010Особенности современной радиотехники под фильтрацией сигналов на фоне помех. Классификация электрических фильтров. Основные методы реализации заданной передаточной функции пассивной цепи. Этапы проектирования фильтра. АЧХ идеального полосового фильтра.
курсовая работа [23,2 K], добавлен 17.04.2011Синтез схемы полосового фильтра на интегральном операционном усилителе с многопетлевой обратной связью. Анализ амплитудно-частотной характеристики полученного устройства, формирование виртуальной модели фильтра и определение электрических параметров.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.08.2010Проект фильтра низких частот в морском исполнении. Электрические и конструкторские расчеты катушки индуктивности, конденсатора. Амплитудно-частотная характеристика фильтра Баттерворта. Эскизная компоновка элементов на плате. Защита от влажности, коррозии.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.06.2016
