Главная
База знаний "Allbest"
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Высокодобротный полосовой фильтр с усилителем мощности
Высокодобротный полосовой фильтр с усилителем мощности
Идеальная и реальная амплитудно-частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра, его схемотехника и применение. Усилитель мощности по схеме Агеева. Синтез схемы полосового фильтра с УМ. Зависимость относительного падения напряжения от мощности.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.03.2011 |
| Размер файла | 1,3 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/
32
Министерство образования и науки Украины
Черниговский государственный технологический университет
Кафедра промышленной электроники
Курсовая работа
по дисциплине Аналоговая схемотехника
на тему: Высокодобротный полосовой фильтр с усилителем мощности
Чернигов 2010
Лист цели и задания
Целью данного курсового проекта является проектирование законченного устройства в соответствии с заданием курсового проекта, а также получение навыков по расчёту и синтезу аналоговых схем, созданию чертежа электрической принципиальной схемы и макета устройства либо же его модели в одной из сред моделирования электронных схем.
Задание
Спроектировать высокодобротный полосовой фильтр (ПФ) с УМ.
Параметры устройства:
1. Тип амплитудной характ. линейная
2. Частота резонанса (Гц) 15000
3. Добротность 33
4. Сопротивление нагрузки (Ом) 8
5. Мощность нагрузки (Вт) 20
6. Коэф. гармоник 0,1
7. Входное напряжение (мВ) 1
8. Входное сопротивление (кОм) 1000
9. Отношение Сигн./Шум. (дБ) 50
10. Полоса пропускания УМ (Гц) 20-20000
11. Напряжение питаний (В) ~400 Гц 36 В
Введение
Полосовые фильтры
Полосно-пропускающий фильтр представляет собой устройство, которое пропускает сигналы в диапазоне частот с шириной полосы BW, расположенной приблизительно вокруг центральной частоты щ0. На рисунке 1.1.1 изображены реальная и идеальная амплитудно-частотные характеристики. В реальной характеристике частоты щL и щU представляют собой нижнюю и верхнюю частоты среза и определяют полосу пропускания и её ширину.
Рисунок 1.1.1 - Идеальная и реальная амплитудно-частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра.
В полосе пропускания амплитудно-частотная характеристика никогда не превышает некоторого определённого значения, например А1 на рисунке 1.1.1. Существуют так же две полосы задерживания 0 ? щ ? щ1 и щ ? щ2, где значение АЧХ никогда не превышает заранее выбранного значения, скажем, А2. Диапазоны частот между полосами задержки и полосой пропускания образуют нижнюю и верхнюю переходные области, в которых характеристика является монотонной.
Отношение Q = щ0/BW характеризует качество самого фильтра и является мерой его избирательности. Высокому значению Q соответствует относительно узкая, а низкому значению Q - относительно широкая полосы пропускания. Коэффициент усиления фильтра К определяется как значение его АЧХ на центральной частоте; таким образом, K = |H(jщ0)|. [1]
Существует множество полосно-пропускающих фильтров.
Усилители мощности
Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) -- прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц, в специальных случаях -- до 200 кГц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств -- телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.
Схемотехника и применение
Усилители низкой частоты наиболее широко применяются для усиления сигналов, несущих звуковую информацию, в этих случаях они называются, также, усилителями звуковой частоты, кроме этого УНЧ используются для усиления информационного сигнала в различных сферах: измерительной технике и дефектоскопии; автоматике, телемеханике и аналоговой вычислительной технике; в других отраслях электроники. Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер, иногда может быть конструктивно выполнен как отдельное устройство. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть или модулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.
Классификация
По типу обработки входного сигнала и схеме построения выходного каскада усилителя:
класс «A» -- аналоговая обработка сигнала, линейный режим работы усилительного элемента
класс «AB» -- аналоговая обработка сигнала, режим работы с большим углом отсечки (>90°)
класс «B» -- аналоговая обработка сигнала, режим работы с углом отсечки равным 90°
класс «C» -- аналоговая обработка сигнала, режим работы с малым углом отсечки (<90°)
класс «D» -- аналоговая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность импульсов изменяется в соответствии с текущим значением входного сигнала линейно, не имея дискретных значений, применяется широтно-импульсная модуляция, усилительный элемент работает в ключевом режиме
класс «T» -- аналоговая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность и частота изменяются в соответствии с текущим значением входного аналогового сигнала линейно, не имея дискретных значений, применяется широтно-импульсная модуляция с изменением частоты и скважности импульсов
класс ? - цифровая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность и/или частота изменяются дискретно в соответствии с текущим значением входного двоичного кода. Данный класс допускает возможность организации сквозного цифрового тракта, полностью исключающего искажения, от источника цифрового звукового сигнала (Audio-CD, DVD и др.), а также цифровой компенсации искажений, возникающих в выходном каскаде при работе на комплексную нагрузку акустической системы, а также цифровой компенсации искажений, возникающих в самой акустической системе. Применяется в новейших перспективных системах высокой верности воспроизведения с высоким КПД и, в основном, высокой мощности.
класс ? - цифровая обработка сигнала, усилительный элемент работает в линейном режиме (класс A, AB, B), выходные ток и напряжение изменяются дискретно в соответствии с текущим значением входного двоичного кода. Данный класс допускает возможность организации сквозного цифрового тракта, полностью исключающего искажения, от источника цифрового звукового сигнала (Audio-CD, DVD и др.), а также цифровой компенсации искажений, возникающих в выходном каскаде при работе на комплексную нагрузку акустической системы, а также цифровой компенсации искажений, возникающих в самой акустической системе. Применяется в новейших перспективных системах высокой верности воспроизведения, в основном небольшой мощности (до десятков Ватт) из-за невысокого КПД.
По типу применения в конструкции усилителя активных элементов:
ламповые -- на электронных, электровакуумных лампах. Составляли основу всего парка УНЧ до 70-х годов. В 60-х годах выпускались ламповые усилители очень большой мощности (до десятков киловатт). В настоящее время используются в качестве инструментальных усилителей, а также до сих пор в качестве звуковоспроизводящих. По сравнению с другими типами усилителей ламповые УЗЧ, как правило, имеют повышенный уровень нелинейных искажений и невысокие эксплуатационные характеристики.
транзисторные -- на биполярных или полевых транзисторах. Такая конструкция оконечного каскада усилителя является достаточно популярной, благодаря своей простоте и возможности достижения большой выходной мощности, хотя в последнее время активно вытесняется интегральными даже в мощных усилителях.
интегральные -- на интегральных микросхемах (ИМС). Существуют микросхемы, содержащие на одном кристалле как предварительные усилители, так и оконечные усилители мощности, построенные по различным схемам и работающие в различных классах. Из преимуществ - минимальное количество элементов и, соответственно, малые габариты.
гибридные -- часть каскадов собрана на полупроводниковых элементах, а часть на электронных лампах. Иногда гибридными также называют усилители, которые частично собраны на интегральных микросхемах, а частично на транзисторах или электронных лампах.
По виду согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой:
трансформаторные -- в основном такая схема согласования применяется в ламповых усилителях. Обусловлено это необходимостью согласования большого выходного сопротивления лампы с малым сопротивлением нагрузки. Транзисторные усилители высокого класса также имеют трансформаторное согласование с нагрузкой.
бестрансформаторные -- наиболее распространенная схема согласования для транзисторных и интегральных усилителей, т.к. транзисторный каскад имеет малое выходное сопротивление, хорошо согласующееся с низкоомной нагрузкой. [2]
1. Обзор литературы
Полосовые фильтры
Полосно-пропускающие фильтры с многопетлевой обратной связью и бесконечным коэффициентом усиления
Схема с МОС и бесконечным коэффициентом усиления, показанная на рисунке 2.1.2, представляет собой один из наиболее простых полосно-пропускающих фильтров второго порядка.
Рисунок 2.1.2 - Схема полосно-пропускающего фильтра с МОС и бесконечным коэффициентом усиления.
Она реализует функцию полосно-пропускающего фильтра (2.1.1) при инвертирующем коэффициенте усиления.
Полосно-пропускающий фильтр с МОС, подобно его аналогам нижних и верхних частот, обладает минимальным числом элементов, инвертирующим коэффициентом усиления и способностью обеспечить значение добротности Q ? 10 при небольших коэффициентах усиления.
Полосно-пропускающие фильтры на ИНУН
Схема на ИНУН, изображённая на рисунке 2.1.3, реализует функцию полосно-пропускающего фильтра второго порядка (2.1.1).
Рисунок 2.1.3 - Схема полосно-пропускающего фильтра ни ИНУН
Этот полосно-пропускающий фильтр на ИНУН обладает теми же преимуществами, что и фильтры нижних и верхних частот на ИНУН. А именно: малое количество элементов и низкое полное выходное сопротивление. Он обеспечивает неинвертирующий коэффициент усиления и может реализовать при небольших коэффициентах усиления значения добротности Q ? 10.
Биквадратные полосно-пропускающие фильтры
На рисунке 1.1.4 изображена биквадратная схема, которая реализует передаточную функцию полосно-пропускающего фильтра второго порядка вида (2.1.1) при:
Значения сопротивлений равны:
где C1 и R4 имеют произвольные значения. Коэффициент усиления является неинвертирующим, однако можно получить и инвертирующим коэффициент усиления, если снимать выходной сигнал с узла а.
Рисунок 2.1.4 - Схема биквадратного полосно-пропускающего фильтра
Биквадратная схема требует большего числа элементов, чем схемы с МОС и на ИНУН, однако из-за её стабильности и прекрасных возможностях по настройке она очень популярна. На ней можно реализовать значения добротности Q вплоть до 100. [1]
Полосовой фильтр на основе конвертеров полного сопротивления
Размещено на http://www.allbest.ru/
32
Рисунок 2.1.5 - ПФ на основе конвертеров полного сопротивления
Можно получить как малые, так и большие значения добротности. Имеет неинвертирующий коэффициент усиления. Невысокая чувствительность параметров к номиналам элементов и простота в настройке. Большие значения Q достигаются при малом диапазоне элементов.
Имеет следующую передаточную функцию:
Размещено на http://www.allbest.ru/
32
Параметры схемы:
Полоса пропускания по уровню -3 дБ:
Настройка схемы:
ы коэффициент передачи - резистором R2,
ы резонансная частота - резистором R4,
ы добротность Q - резистором R7. [4]
Усилители мощности
Схема Агеева
Рисунок 2.2.1 - Усилитель мощности по схеме Агеева
Данная схема является одной из наиболее часто используемых во входных каскадах усилителей, так как она имеет маленький коэффициент гармоник. Схема работает в режиме А.
Коэффициент усиления задаётся резисторами R1 и R2. Резисторы R3 и R4 задают ток покоя транзисторов VT3 и VT4. Обычно берут 5-10% от максимального тока.
Диод служит для устранения ограничения выходного тока. Его следует выбирать с минимальным прямым падением напряжения, так как иначе будут искажения типа ступенька.
Но недостатком данной схемы является то, что максимальное выходное напряжение этой схемы не может превышать максимальное выходное напряжение операционного усилителя, используемого в данной схеме.
Для устранения этого недостатка можно предложить следующую схему.
Рисунок 2.2.2 - Усилитель мощности с усилительной двойкой в выходном каскаде
Отличия заключаются в том, что выходной каскад выполнен в виде усилительной двойки. Таким образом, можно получить дополнительное усиление и максимальное напряжение нагрузки может превышать максимальное выходное напряжение операционного усилителя.
2. Основная часть
Синтез схемы
Проанализировав задание курсового проекта, я решил выполнить схему следующим образом.
Размещено на http://www.allbest.ru/
32
Рисунок 3.1.1 - Структурная схема полосового фильтра с УМ
ПУ - предварительный усилитель. Он выполняет две функции. Во-первых, обеспечивает нужное входное сопротивление устройства (1 МОм) за счёт использования неинвертирующей схемы (рис. 3.1.2) включения операционного усилителя (ОУ).
Размещено на http://www.allbest.ru/
32
Рисунок 3.1.2 - Неинвертирующая схема включения ОУ
Во-вторых, предварительно усиливает входной сигнал по напряжению.
Очень важно первый каскад нашего фильтра выполнить малошумящим, так как именно он максимально влияет на общий шум схемы. Используем операционный усилитель типа К157УД2. Он нас устраивает по уроню шумов.
АФ - активный фильтр, который осуществляет формирование АЧХ и частично усиливает сигнал по напряжению.
Я решил использовать биквадратный полосно-пропускающий фильтр (рис. 2.1.4), так как он имеет хорошую надёжность, простоту в настройке и позволяет обеспечить заявленную в задании добротность.
УМ - усилитель мощности. Обеспечивает окончательное усиление по напряжению и току. Я решил использовать схему Агеева с усилительной двойкой в качестве выходного каскада. Эта схема имеет маленький коэффициент гармоник.
Так как сигнал придётся усиливать в 12 650 раз (возьмём с небольшим запасом - 13000), то распределим коэффициент усиления между блоками следующим образом. Пускай УМ усиливает в 50 раз. Это максимальный Ku для данной схемы, иначе велика вероятность самовозбуждения. АФ пускай имеет небольшой Ku, скажем 10. Таким образом, на ПУ остается Ku=26.
Расчёт ПУ
Для обеспечения входного сопротивления устанавливаем резистор R3 = 1 МОм. Так как он не влияет на цепь ОС, то его можно брать таким, какой нам нужно.
Резисторы R1 и R2 можно выбрать низкоомными, чтобы уменьшить напряжение смещения нуля от входных токов.
Выбираем R1 = 1 кОм.
Тогда:
кОм.
Здесь и далее будем выбирать номиналы элементов из ряда Е24. Таким образом, R2 возьмём равным 27 кОм, так как если взять 24 кОм, то понизится Ku.
Не вдаваясь в расчёты, видим, что мощность на всех трёх резисторах будет выделяться очень маленькая. Возьмём 0,125 Вт.
Расчёт АФ
Выбираем номинальное значение ёмкости С1 (рис. 2.1.4). Предпочтительное значение - 10/f0 мкФ.
мкФ = нФ.
Выбираем значение С1 = 0,68 нФ.
По системе (2.1.3) рассчитываем значения сопротивлений R1, R2 и R3. R4 имеет произвольное значение, но его приемлемое значение равно:
Для данного фильтра справедливо следующее:
Возьмём для расчётов К = 10, а Q = 35 (с небольшим запасом).
Тогда получим:
Выбираем номиналы: R1 = 56 кОм, R2 = 560 кОм, R3 = R4 = 16 кОм.
В качестве выходного ОУ задействуем второй канал К157УД2, а в качестве других двух возьмём К574УД2А. Он имеет малые входные токи, что очень важно, так как эти ОУ включены как интеграторы.
Рассчитаем мощности, которые выделяются на резисторах. При этом рассчитаем мощность на том резисторе, на котором она выделяется максимальная.
Из схемы (рис. 2.1.4) видно, что максимальная мощность будет выделяться на резисторе R4, который находится в цепи ОС выходного ОУ. Всё выходное напряжение будет приложено к нему, так как инвертирующий вход ОУ имеет квазинулевой потенциал. С учётом того, что коэффициент усиления равен 28•10 = 280, а входное напряжение 1 мВ, получим:
Вт.
Как видим, мощность имеет маленькую величину, а значит и мощность остальных резисторов будет маленькой, поэтому берём 0,125 Вт для всех сопротивлений.
Расчёт УМ
Для расчёта используем методику, рассмотренную на практике.
1) Определяем напряжение источника питания:
В.
полосный пропускающий фильтр усилитель
Потери в данной схеме определяются лишь потерями на транзисторах, поэтому взяли 2 В.
2) Выбор выходных транзисторов VT5, VT6:
В.
Это напряжение будет и для остальных транзисторов схемы.
А;
Вт,
так как каскад будет работать в режиме АВ.
Выбираем комплементарную пару транзисторов КТ865А и КТ864А. Проверим частотные свойства данных транзисторов:
Гц.
В этой формуле взяли максимальный , так как при меньшем значении это неравенство будет выполняться, если оно выполняется при большем значении.
3) Выбор резисторов R5,6.
Воспользуемся эмпирическим соотношением для расчёта номинала резисторов:
Ом.
Возьмём значение R5,6 = 120 Ом.
Рассчитаем рассеиваемую мощность R5,6:
Вт.
Берём 0,125 Вт.
4) Выбор Ku выходной ступени и резисторов R7 R8:
раз.
взяли 10 В для обеспечения большего выбора ОУ, берём
Решив систему, получим: R7 = 84,21 Ом, R8 = 75,80 Ом.
Берём: R7 = 82 Ом, R8 = 75 Ом.
Вт.
Берём 2 Вт (с запасом).
Вт
Берём 1 Вт, а лучше 2, если есть такая возможность.
5) Выбор транзисторов VT3, VT4:
А.
взяли минимальным, так при большем значении неравенство будет выполнятся, если оно выполняется при меньшем значении.
Далее
Вт.
взяли минимальным аналогично предыдущему и дальше поясняться не будет.
Возьмём похожие по параметрам транзисторы КТ644Б и КТ630Д.
6) Проверка номиналов R5,6:
В
Как видим, падение на R5,6 составляет меньше 0,1 В, а значат транзисторы VT5,6 точно не откроются при нулевом входном сигнале.
7) Расчёт резисторов R3,4.
Они задают ток покоя всех транзисторов:
Пускай ток покоя составляет 10% от .
А.
Тогда:
Ом.
Берём R3,4 = 3,3 кОм, таким образом, немного снизив ток покоя.
Вт.
Берём PR3,4 = 0,5 Вт.
8) Выбор VT1,2:
A.
Рассеиваемую мощность нужно рассчитать в режиме покоя и максимального усиления, а потом выбрать большую из них.
Режим покоя:
Режим максимального сигнала:
.
Берём комплиментарную пару КТ3102А и КТ3107Б.
Проверять на частотные свойства нет смысла, так же как и VT3,4. И так видно, что fв>fв.
9) Выбор ОУ.
Рассчитаем скорость нарастания выходного напряжения:
В/мкс.
В качестве взяли , так как всё равно усилитель будет использоваться только в составе фильтра (при : В/мкс).
А.
Возьмём ОУ типа К154УД4Б.
10) Расчёт R1 и R2.
Выберем произвольно величину R1 с учётом минимальной нагрузки ОУ. Скажем 3 кОм. Тогда:
кОм.
Вт.
Вт.
Берём 0,125 Вт для обоих резисторов.
11) Оценка коэффициента гармоник.
Пускай УМ в разомкнутом состоянии имеет = 5%, тогда после введения ОС:
Как видим, удовлетворяет заданному.
Расчёт питания ОУ
Все ОУ питаются от двухполярного источника питания ±15 В, кроме К538УН1Б, который имеет однополярное питание. Поэтому проще всего поставить параметрический стабилизатор по двум полюсам.
Возьмём стабилитрон КС509А.
Рассчитаем параметрический стабилизатор:
В;
мА;
Ом.
Берём 120 Ом.
Вт.
Берём 0,25 Вт.
Как видим, ток через резисторы не превышает максимального тока стабилизации стабилитрона (42 мА).
Параллельно каждому стабилитрону ставим электролит, ёмкостью 150 мкФ для уменьшения дифференциального сопротивления и шумов стабилитрона. Шунтируем эту ёмкость керамическим конденсатором, ёмкостью 0,1 мкФ для замыкания высокочастотных помех на землю.
В результате получим схему стабилизатора:
Размещено на http://www.allbest.ru/
32
Рисунок 3.5.1 - Схема параметрического стабилизатора напряжения
Расчёт источника питания всей схемы
Применим неуправляемый источник питания с ёмкостным фильтром. В качестве схемы выпрямления возьмём схему Греца.
Расчёт будет заключаться в расчёте и выборе ёмкости фильтра, подборе диодов и формировании требований к параметрам сетевого трансформатора.
1) Рассчитаем величину ёмкости фильтра.
Рассчитаем потребляемый ток от источника питания:
А,
где ток через резистор параметрического стабилизатора напряжения.
Зададимся коэффициентом пульсаций:
Рассчитаем величину ёмкости:
Ф.
Выберем эту ёмкость с запасом на допуск и напряжение. Пускай будет 1000 мкФ, 50 В.
Рассчитаем параметр А:
.
Рисунок 3.6.1 - Зависимость относительного падения напряжения в обмотках нагруженного трансформатора от мощности на частоте 400 Гц
По графику определяем ДU:
В,
тогда:
Ом.
Считаем А:
Рисунок 3.6.2 - Зависимость параметров B, D, F от расчётного коэффициента А (кривые 1 для масштаба А от 0 до 1, кривые 2 - для масштаба А от 0 до 0,2)
По кривым рис. 2.6.2 определяем параметры. Таким образом:
В = 0,88; D = 2,4; F = 8.
Выбираем VD1- VD4:
А;
В;
А.
Берём выпрямительный диодный мост CDBHD240-G.
Рассчитаем параметры трансформатора:
Вт;
А;
В.
Расчёт разделительных ёмкостей
В нашей схеме имеется две разделительные ёмкости. Одна на входе устройства, а вторая между фильтром и УМ.
Рассчитаем их номиналы:
См.
Сопротивление генератора взяли равным нулю, так как мы его считаем идеальным.
См.
Выходное сопротивление ОУ взяли равным нулю, так как мы его считаем идеальным.
.
Коэффициент искажений возьмём равным -3 дБ на нижней частоте полосы пропускания УМ.
Рассчитаем ёмкости:
Ф.
Берём 20 пФ.
Ф.
Берём 4,7 мкФ с запасом на допуск.
Описание схемы
С1 - разделительная ёмкость. Используется для отсекания постоянной составляющей входного сигнала.
R1 и R2 задают коэффициент усиления по напряжению ПУ.
R3 - задаёт входное сопротивление устройства.
С2, С3, С6, С7, С11, С12, С17, С18, С21, С22 - замыкают высокочастотные помехи на землю.
С4, С9, С14 - ёмкости коррекции ОУ.
R4 и C5 образуют интегратор на DA2.1 (аналогично и R7 с C8).
R4 и R6 определяют коэф. усиления фильтра.
R5 - резистор ОС.
DA1.2 включён как повторитель.
С10 - разделительная ёмкость. Отсекает напряжение смещения нуль DA1.2.
R10 совместно с R11 задают коэффициент усиления УМ.
С13 - ёмкость типичного включения ОУ.
VT1, VT2 - первый каскад усилителя.
R12, R13 - задают ток покоя VT3, VT5 и VT4, VT6 соответственно.
R16-R17 - делитель, который задаёт глубину ООС.
VT3, VT5 и VT4, VT6 образуют усилительную двойку.
VD1-VD4 - выпрямительные диоды.
С15, С16 - ёмкости фильтра. Исп. для сглаживания пульсаций напряжения.
VD5, VD6 - стабилитроны. Используются для стабилизации напряжения в параметрическом стабилитроне.
R18, R19 - балластные резисторы параметрического стабилитрона.
С19, С19 - используются для уменьшения дифференциального сопротивления и шумов стабилитронов.
Модель устройства
Промоделируем наше устройство в программе PSpice. Для этого соберём следующую схему.
Рисунок 3.9.1 - Схема модели ВДПФ с УМ
Для создания модели старались использовать аналоги компонентов, но для некоторых они отсутствовали.
Снимем АЧХ устройства:
Рисунок 3.9.2 -АЧХ ВДПФ с УМ
Рассчитаем добротность фильтра:
Рассчитаем мощность на частоте f0:
Вт.
Рассчитаем погрешность частоты:
Как видим, модель показала хорошие результаты.
Выводы
Выполнив данный курсовой проект, я спроектировал полосовой фильтр с усилителем мощности. Научился рассчитывать схемы и подбирать компоненты для них, чертить электрические принципиальные схемы и составлять перечень элементов. Я считаю, что это неплохой опыт.
Выполнение данного задания - это долгий и трудоёмкий процесс. При работе над курсовым проектом постоянно преследовали ошибки и неудачи, но я шёл дальше и старался из всех сил. В результате что-то таки получилось.
Хотелось бы собрать макет данного устройства или хотя бы его часть, но, к сожалению, я сильно поздно взялся за выполнение данного задания и поэтому не успел это сделать, но, тем не менее, данное устройство было промоделировано в программе PSpice.
На мой взгляд, получили неплохие результаты, так как погрешность частоты составила около 4%. Это, скорее всего, связано с тем, что номиналы элементов выбирались из ряда Е24. Подстроить частоту можно с помощью одновременного изменения конденсаторов С5 и С8, если величина данной погрешности не устраивает.
Так же, мощность на выходе устройства незначительно превышает данную в задании. Это связано с тем, что при расчётах бил слегка увеличен коэффициент усиления всей схемы. Если это важно, то можно его слегка уменьшить изменением соответствующих резисторов в любом из каскадов схемы, например, в ПУ, изменением R2, либо в УМ, изменением R11.
Рассчитанная добротность так же соответствует заданной.
Но не стоит забывать, что это лишь модель, а реальная схема может иметь параметры, которые каким-то образом отличаются от параметров модели.
Для обеспечения заданного коэффициента гармоник пришлось использовать широкополосный операционный усилитель для увеличения фактора обратной связи, а соответственно уменьшения коэффициента гармоник усилителя мощности.
Тяжело было подобрать операционный усилитель для ПУ, так как он должен иметь малый уровень шума, а выбор таких ОУ ограничен. Сначала я выбрал К538УН1Б. Он вполне бы подошёл, но, к сожалению, во-первых, он имеет однополярное питание, что повлекло бы за собой установку разделительной ёмкости после ПУ, а во-вторых, непонятно как его включать, так как нигде в литературе нет чётких объяснений по поводу этого.
В результате, был выбран К157УД2.
При расчёте источника питания пришлось рассчитывать параметрический стабилизатор напряжения, так как УМ имеет напряжение питания 20 В, а все ОУ - 15 В.
Так же следует отметить, что не удалось найти схему и методику для её расчёта для УМ, поэтому была использована схема, которую мы рассматривали на практическом занятии.
Но всё же, с моей точки зрения, работа выполнена в полном объёме и соответствует поставленной цели и заданию.
Список литературы
1. Джонсон Д. и др. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ./ Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 128 с., ил.
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Усилитель_звуковых_частот
3. 180 аналогов микросхем (справочник). Ю. А. Мячин. - Изд-во «Патриот», МП «Символ-Р» и редакция журнала «Радио», 1993. - 152с., ил., (приложение к журналу «Радио»).
4. А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях - М.: БИНОМ, 1994 - 352 с.: ил.
5. Вересов Г. П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Радио и связь, 1983. - 128 с., ил.
6. Конспект лекций и практических занятий по дисциплине: «Аналоговая схемотехника»
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Синтез 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 27.08.2010Характеристика 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 18.12.2015Параметры элементов и характеристики проектируемого фильтра. Частотное преобразование фильтра-прототипа нижних частот. Расчет полосно-пропускающих фильтров и сумматора. Кольцевые и шлейфные мостовые схемы, бинарные делители мощности, пленочные резисторы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.01.2016Электрический фильтр как частотно-избирательное устройство. Изучение и анализ работы активного полосового фильтра с заданным порядком, граничными частотами и коэффициентом передачи по напряжению. Расчет амплитудно-частотной характеристики фильтра.
курсовая работа [605,5 K], добавлен 09.02.2011Расчет 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 схемы электрической принципиальной. Выбор номиналов резисторов, конденсаторов и усилителя. Расчет полосового фильтра. Статистический анализ схемы фильтра (анализ Монте-Карло), обоснование допусков на номиналы. Конструирование платы фильтра.
курсовая работа [741,2 K], добавлен 14.01.2016Расчет цифрового и аналогового фильтра-прототипа. Структурные схемы и реализационные характеристики фильтра. Синтез цифрового фильтра в системе программирования MATLAB. Частотные и импульсные характеристики цифрового фильтра, карта его нулей и полюсов.
курсовая работа [564,8 K], добавлен 24.10.2012Особенности 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 17.04.2011Критерии 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.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 15.01.2013Параметры избирательного усилителя. Выбор функциональной схемы устройства. Расчет основных узлов. Схема неинвертирующего усилителя. Оптимальный коэффициент усиления полосового фильтра. Номиналы конденсаторов и резисторов. Частотные характеристики фильтра.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 14.07.2013
