48719

Исследование активного RC - фильтра

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

БончБруевича КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ Основы теории цепей Исследование активного RC фильтра Выполнил: ...

Русский

2013-12-14

268.5 KB

1 чел.

Санкт-Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций

им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ  «Основы теории цепей»

«Исследование активного RC - фильтра»

                            

                                                                         Выполнил:  

                                             

                                                                         Принял:       Сергеев В.В. 

                                                                                        

Санкт-Петербург,

2001

Постановка задачи и описание рабочего набора исходных данных.

ВАРИАНТ №38.

Задана схема и параметры активного RC – фильтра каскадной структуры. Требуется:

  1.  Найти передаточную функцию фильтра, составив и решив систему узловых уравнений.
  2.  Построить графики АЧХ и ФЧХ в диапазоне частот 0  20 ; оценить тип фильтра.
  3.  Найти переходную характеристику первого звена фильтра и построить ее график в диапазоне  0  t  2tсв
  4.  Оценить допустимую величину ступенчатого воздействия на фильтр, если напряжение на входе усилителя второго звена фильтра не должно превышать 0,2 (В) (во избежание его перегрузки).
  5.  Найти и построить графики:

А) спектральной плотности амплитуд;

Б) спектра фаз;

В) спектральной плотности энергии,

сигналов  на входе фильтра и на его выходе, если к его входу подведен одиночный прямоугольный импульс длительностью tи = 2/0. Оценить области концентрации энергии воздействия и реакции.

  1.  Убедиться в устойчивости фильтра по расположению полюсов его передаточной функции.
  2.  Построить годограф передаточной функции по петле обратной связи 1 звена фильтра, разомкнув цепь обратной связи на входе усилителя звена. Убедиться в устойчивости звена.

Исходные данные:

R1 = 100 (КОм);  R2 = 68 (КОм)

R3 = 233 (КОм); C = 1 (нФ);  k =  3,4

  1.  Разобъем цепь на 2 звена.

РАСЧЕТ ПЕРВОГО КАСКАДА ФИЛЬТРА.

 

Схема замещения.

Составляем систему узловых уравнений для узла 3:

Составляем систему узловых уравнений для узла 4:

    Подставляем в предыдущие уравнения:

Передаточная функция звена:

Амплитудно-частотная характеристика звена:

Фазо-частотная характеристика звена:

Резонансная частота контура:

Добротность контура:

РАСЧЕТ ВТОРОГО КАСКАДА фильтра.

 

Схема замещения.

Составляем систему узловых уравнений для узла 3:

Составляем систему узловых уравнений для узла 4:

    Подставляем в предыдущие уравнения:

Передаточная функция звена:

Амплитудно-частотная характеристика звена:

Фазо-частотная характеристика звена:

Резонансная частота контура:

Добротность контура:

2. Построение графиков.

Построение графиков для первого каскада фильтра.

Из полученных в п.1 формул получаем:

Амплитудно-частотная характеристика:

Фазо-частотная характеристика

Для                          составляем таблицу:

, 103

0

1,5

3,1

4,7

6,3

7,8

9,4

11

12,5

14,14

|H(j)|

0

0,088

0,403

1,166

2,733

3,48

2,95

2,541

2,3

2,15

()

0

-7,6

-18,4

-40,6

-89,9

-118

-131,9

-148,9

-157

-161,4

По полученным данным строим графики ФЧХ (рис.1) и АЧХ (рис.2) первого каскада фильтра. Оценив зависимость |H(jw)| от w и вид передаточной функции делаем вывод, что первый каскад фильтра – ФВЧ (фильтр верхних частот).

Построение графиков для второго каскада.

Из полученных в п.1 формул получаем:

Амплитудно-частотная характеристика:

Фазо-частотная характеристика:

Для                          составляем таблицу:

, 103

0

1,5

3,1

4,7

6,3

7,8

9,4

11

12,5

14,14

15,89

|H(j)|

0

0,039

0,146

0,298

0,457

0,593

0,697

0,772

0,825

0,862

0,892

()

0

-23,9

-48

-70

-89,9

-91

-105

-116,5

122

126

132

По полученным данным строим графики ФЧХ (рис.3) и АЧХ (рис.4) второго каскада фильтра. Оценив зависимость |H(jw)| от w и вид передаточной функции делаем вывод, что второй каскад фильтра – ФВЧ (фильтр верхних частот)

Используя формулы:

                                                       передаточная функция всего фильтра

                                                       амплитудно-частотная характеристика фильтра

                                                       фазо-частотная характеристика фильтра

составляем таблицу значений:

, 103

0

1,5

3,1

4,7

6,3

7,8

9,4

11

12,5

14,14

|H(j)|

0

0,003

0,059

0,347

1,248

2,065

2,057

1,962

1,897

1,854

()

0

-31,5

-66,4

-110,6

-180

-209

-236

-265,4

-282

-293,4

По полученным данным строим графики ФЧХ (рис.5) и АЧХ (рис.6) фильтра.

Оценив зависимость |H(jw)| от w приходим к выводу, что наш фильтр – ФВЧ (фильтр верхних частот).

3. Найдем переходную характеристику 1 звена и построим ее график.

Подставив эти данные в формулу для h(t) , получаем:

Для                                         где                                          составляем таблицу:

t, 10-4

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

h(t)

1,435

0,863

-0,547

-0,626

0,126

0,379

0,036

-0,198

-0,075

0,088

По полученным данным строим график переходной характеристики первого каскада фильтра (рис.7).

4. Во избежание перегрузки  2 звена фильтра напряжение на его входе не должно превышать 2 (В). Чтобы оценить допустимую величину ступенчатого воздействия на фильтр, составим пропорцию:

Это значит, что амплитуда ступенчатого воздействия на фильтр не должна превышать 0,139 (В).

5. Ко входу фильтра подведен одиночный прямоугольный импульс длительностью

    tи = 7,905.10-4(с), с помощью формул:

                                                             для спектральной плотности амплитуд сигнала на

                                                             входе фильтра;

                                                             для спектра фаз (П прибавляется при смене знака

                                                             синуса) сигнала на входе фильтра;

                                                             для спектральной плотности энергии сигнала на

                                                             входе фильтра;

                                                             для спектральной плотности амплитуд сигнала на

                                                             выходе фильтра ;  

                                                             для спектра фаз сигнала на выходе фильтра;

                                                             для спектральной плотности энергии сигнала на

                                                             выходе фильтра;

Для 0    2.0max составляем таблицу:

, 103

0

1,7

3,5

5,3

7

8,8

10

12

14

15,8

|U1(jw)|

7,9.10-4

7,2.10-4

5,5.10-4

3,2.10-4

9,7.10-5

7,7.10-5

1,63.10-4

1,6.10-4

9.10-5

0

1(w)

0

-45

-90

-134

-178

-11

-45

-90

-134

-180

|U1(jw)|2

6,2.10-7

5,3.10-7

3,1.10-7

1.10-7

9,4.10-9

5,9.10-9

2,6.10-8

2,5.10-8

8,3.10-9

0

|U2(jw)|

0

3,9.10-6

5,4.10-5

1,9.10-4

1,7.10-4

1,6.10-4

3,2.10-4

3.10-4

1,7.10-4

0

2(w)

0

-78

-150

-245

-360

-222

-285

-370

-425

-480

|U2(jw)|2

6,2.10-7

5,3.10-7

3,1.10-7

1.10-7

9,4.10-9

5,9.10-9

2,6.10-8

2,5.10-8

8,3.10-9

0

По полученным данным строим графики : спектральной плотности амплитуд сигнала на входе фильтра (рис. 8); спектра фаз сигнала на входе фильтра (рис.9); спектральной плотности энергии сигнала на входе фильтра (рис.10); спектральной плотности амплитуд сигнала на выходе фильтра (рис.11); спектра фаз сигнала на выходе фильтра (рис.12); спектральной плотности энергий сигнала на выходе фильтра (рис.13).

6.   Передаточная функция 1 звена:

Корни уравнения будут иметь вид:

Передаточная функция 2 звена:

Корни уравнения будут иметь вид:

Отметим эти корни на плоскости:

Т.к. полюса передаточных функций обоих звеньев находятся в левой полуплоскости, можно утверждать, что фильтр устойчив.

7. Для построения годографа передаточной функции по петле обратной связи первого звена фильтра размыкаем цепь обратной связи на входе усилителя звена.

Составим систему узловых уравнений для узла 3:

Составим систему узловых уравнений для узла 2:

Подстановкой в первое уравнение получаем:

Функция передачи по петле обратной связи с разомкнутой цепью обратной связи будет иметь вид:

Тогда реальную и мнимую части W(jw) можно записать как:

Для  0    7071 (рад/c) составим таблицу:

, 103

0

0,789

1,5

2,3

3,1

3,9

4,7

5,5

6,3

7,07

Re(W(jw))

0

0,258

0,469

0,618

0,716

0,778

0,815

0,837

0,847

0,85

Im(W(jw))

0

72,3

56,5

43,3

32,5

23,7

16,4

10,1

4,7

0

По полученным данным строим годограф (рис. 14).

Т.к. годограф передаточной функции разомкнутой системы W(jw) не охватывает точку (1,j0), то при замкнутой цепи обратной связи система является устойчивой.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67561. МАТРИЦЫ ОПЕРАТОРОВ МОМЕНТА ИМПУЛЬСА 738 KB
  Мы хотим найти матрицы спиновых операторов в явном виде. Для этого решим сначала более общую задачу - найдем матрицы операторов момента и, которые удовлетворяют коммутационным соотношениям...
67562. КВАЗИКЛАССИЧЕСКОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ 363 KB
  В квантовой механике уравнение Шредингера для сколько-нибудь реалистических систем невозможно решить точно, в квадратурах. Поэтому здесь создано большое количество приближенных методов исследования. Мощнейший из них - теорию возмущений - мы рассмотрим позже.
67563. ТЕОРИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ 295.5 KB
  Значительный интерес представляет как бы промежуточный случай. Уровни не вырождены (это не случай 2), но они очень близко расположены, так что не выполняется необходимое условие применимости теории возмущений (т.е. это и не случай 1).
67564. ВАРИАЦИОННЫЙ МЕТОД 239 KB
  Ищем функции доставляющие функционалу экстремум при дополнительном условии нормировки. Таким образом вместо того чтобы решать уравнение Шредингера можно искать функции которые доставляют экстремум функционалу J. Возьмем собственные функции гамильтониана...
67565. ОСНОВЫ КВАЗИРЕЛЯТИВИСТСКОЙ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ. УРАВНЕНИЕ КЛЕЙНА-ГОРДОНА 192 KB
  Видим, что трудность проистекает из-за того, что в уравнении - вторая производная по времени. Попытаемся получить релятивистское уравнение первого порядка по времени. Но в СТО время и координаты равноправны, поэтому уравнение должно быть первого порядка и по координатам. Общий вид такого уравнения...
67566. Каналы передачи данных 430 KB
  Основные типы линий передачи данных. Основные понятия В начале лекции определим основные понятия которые характеризуют канал передачи данных и его основные параметры. Среда передачи данных это совокупность линий передачи и блоков взаимодействия т.
67567. Кодирование информации в информационно-вычислительных сетях 46 KB
  Поскольку в канале передачи данных по ряду причин (например, по причине электромагнитных волн) могут возникнут помехи, искажающие передаваемую информацию, используется специальное кодирование данных кодами, исправляющими ошибки.
67568. Локальные вычислительные сети. Методы доступа к моноканалу 153.5 KB
  Маркерный доступ в кольцевой сети. Маркерный доступ в сети с шинной топологией. В это множество входят станции сети ЭВМ ГЭВМ терминалы устройства предназначенные для усиления сигнала в линиях связи репитеры трансиверы концентраторы устройства расширения сетей мосты коммутаторы маршрутизаторы шлюзы.
67569. Протоколы локальных вычислительных сетей. Принципы построения протоколов локальных вычислительных сетей 109 KB
  Стандарты протоколов для взаимодействия ЛВС с сетями передачи данных разрабатывает МККТТ международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии. Основные принципы взаимодействия объектов на уровнях модели ВОС При взаимодействии двух уровней сети в частности сетевых уровней все время...