49117

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ФИЛЬТРОВ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Схема исследуемого фильтра Для данного звена требуется: Найти передаточную функцию по напряжению Найденную передаточную функцию представить в виде отношения двух полиномов коэффициенты которых выражены через параметры элементов цепи в общем виде; ту же функцию записать с вычисленными значениями коэффициентов полиномов числителя и знаменателя; вычислить значение добротности полюса. Составим узловые уравнения: Подставив данные в выражение Hp получим передаточную функцию в численном виде: Заменив р на iw в операторной передаточной...

Русский

2014-01-12

302 KB

5 чел.

Санкт  Петербургский Государственный Университет

Телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича

КУРСОВАЯ РАБОТА

по теории линейных электрических цепей

часть 3

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ФИЛЬТРОВ

Выполнил студент: Сехин А.

                                  Группы: МТ-48

Санкт-Петербург

2006

Исходные данные, вариант 16

Рис. 1. Схема исследуемого фильтра

Для данного звена требуется:

Найти передаточную функцию по напряжению  Найденную передаточную функцию представить в виде отношения двух полиномов, коэффициенты которых выражены через параметры элементов цепи (в общем виде); ту же функцию записать с вычисленными значениями коэффициентов полиномов числителя и знаменателя; вычислить значение добротности полюса.

Определить АЧХ и ФЧХ, построить их графики.

Рассчитать и построить графики частотной зависимости чувствительности АЧХ и ФЧХ к заданному элементу Wk (R2)

Нахождение передаточной функции

В результате анализа заданной цепи следует получить передаточную функцию, которую в общем случае можно привести к виду: .

В частных случаях некоторые коэффициенты могут оказаться равными 0.

Составим узловые уравнения:


Подставив данные в выражение H(p), получим передаточную функцию в численном виде:

Заменив р на iw в операторной передаточной функции, получим ее в комплексной форме:

Резонансная частота и добротность фильтра будут равны:

АЧХ исследуемого фильтра равна модулю комплексной передаточной характеристики:

ФЧХ фильтра это аргумент комплексной передаточной характеристики, поэтому будем находить ее по формуле:


Построим графики АЧХ и ФЧХ. Таблицы с рассчитанными значениями АЧХ и ФЧХ приведены ниже

Рис. 2. АЧХ исследуемого фильтра

Рис. 3. ФЧХ исследуемого фильтра

Вычисление чувствительности по АЧХ и ФЧХ

Необходимо рассчитать и построить график частотной зависимости чувствительности АЧХ и ФЧХ к изменению номинала заданного элемента схемы.

числитель операторной передаточной функции

знаменатель операторной передаточной функции

формула рассчета чувствительности

Чувствительность в операторном виде

комплексная формула рассчета чувствительности

Чувствительность схемы по АЧХ равна реальной части S(w):

Чувствительность по ФЧХ равна мнимой части S(w):


Второй способ рассчета чувствительности (приведен для проверки правильности предыдущего метода)

Построим графики чувствительности  АЧХ и ФЧХ:

Рисунок 4. Чувствительность по АЧХ


Рисунок 5. Чувствительность по ФЧХ

Как видно, обе кривые совпадают, значит, чувствительность найдена верно. Ниже приведены таблицы значений АЧХ, ФЧХ и чувствительностей.

Расчет LC-фильтра

Данные для рассчета:

Тип фильтра:   ПЗФ

Вид аппроксимации:     По чебышеву

режим работы:   Односторонняя нагрузка при заданном входном напряжении

Методика рассчета фильтра заключается в рассчете низкочастотного фильтра-прототипа и последующем его частотном преобразовании, то есть пересчете его параметров и элементов для получения заданного фильтра.

Рассчитаем порядок фильтра-прототипа, то есть, количество реактивных элементов в его схеме:

нормированная граничная частота полосы пропускания ФПНЧ (при затухании дБ)

Найдем ослабление на частоте wkk при рассчитанном значении порядка фильтра:

*примечание. здесь и далее символ "k" у "w","p" и т.д. - это "крышечка", то есть это нормированные значения.

Исходя из полученного значения порядка фильтра, строим принципиальную схему ФПНЧ и определяем значения коэффициентов a

Рис. 6. Принципиальная схема ФПНЧ


По полученным коэффициентам найдем номиналы элеменов схемы. Так как необходимо синтезировать ПЗФ, то порядок фильтра увеличится в раза по сравнению с фильтром-прототипом, а его элементы преобразуются в соответствии с таблицей:

Пересчитаем полученные нормированные значения элементов ФПНЧ в элементы проектируемого фильтра. Так как у нас фильтр с односторонней нагрузкой при холостом ходе на выходе, то R0=R1

Рис. 7. Схема проектируемого ПЗФ

Передаточная характеристика ФПНЧ с точностью до постоянного множителя определяется выражением:

где V(pk) - полином Гурвица n-го порядка.

Учитывая то, что мы синтезируем фильтр с характеристикой по Чебышеву и порядок фильтра-прототипа равен 3, получим его передаточную функцию:

Передаточную функцию проектируемого фильтра H(p) можно получить путем частотного преобразования передаточной характеристики низкочастотного фильтра-прототипа. Формулы преобразования приведены ниже:

Так как порядок полосовых фильтров в 2 раза превосходит порядок фильтра-прототипа, то полином V(p) будет содержать два квадратичных полинома:


Рассчитаем V1(p) (для первого звена):

Полученная передаточная характеристика фильтра имеет вид:

Характеристика ослабления фильтра определяется формулой:

для фильтра-прототипа

для проектируемого фильтра

Найдем граничные частоты полосы пропускания проектируемого фильтра:

Построим графики зависимости ослабления фильтра-прототипа, рассчитанного фильтра от частоты и АЧХ проектируемого фильтра.

Рис. 8. Ослабление фильтра-прототипа


Рис. 9. АЧХ проектируемого фильтра

Как видно, кривые на крафике совпадают, значит, АЧХ найдена верно.

Рис. 10. Ослабление проектируемого фильтра

Рассчитанные значения для АЧХ и затуханий приведены в следующих таблицах:


Расчет АRС-фильтра

Рассчитанная в прошлом пункте передаточная характеристика представляет собой следующее выражение:

Разобьем данную функцию на три выражения, для этого числитель представим в виде произведения 3 одинаковых сомножителей вида:

Таким образом, проектируемый АRС-фильтр будет состоять из 3 звеньев одинаковой конфигурации (так как мы имеем 3 передаточные характеристики одного вида). Для реализации каждого из звеньев воспользуемся следующей схемой:

Рис. 11. Схема звена проектируемого АRС-фильтра

АЧХ данной схемы имеет вид:

1 звено

добротность звена

Рис. 12. АЧХ первого звена фильтра

2 звено

добротность звена

Рис. 13. АЧХ второго звена фильтра

3 звено

добротность звена

Рис. 14. АЧХ третьего звена фильтра

Общая передаточная характеристика фильтра будет равна произведению передаточных всех 4 звеньев:


Рисунок 16. АЧХ АRС-фильтра

Как видно, график АЧХ рассчитанного АРС-фильтра с точностью до постоянного множителя повторяет АЧХ, полученную во втором разделе данной работы. (Hh(p) - полученная передаточная, H(p) - передаточная из второго раздела)

Общая схема фильтра будет состоять из 3 одинаковых последовательно включенных звеньев, представленных на рисунке 11. Так как звенья необходимо располагать в порядке возрастания добротности, то вначале будут стоять 1 и 2 звенья, а потом 3

Получим передаточную характеристику третьего звена схемы в общем виде.

Разобьем схему на блоки АВТ, для каждого из которых известна передаточная характеристика, и запишем для них зависимости Uвых от Uвх:

Запишем для полученной формулы соответствующие коэффициенты a1, a0, b2, wb

Из (2) выразим величину R2:

Из (1) выразим R3: , с учетом (2) получим:

Из (3) следует, что R4=R5, то есть их величины можно выбирать пролизвольно

Из (4) выразим R1: , с учетом (1) получим

Так как веичины емкостей С1 и С2 нельзя выразить через вышеуказанные коэффициенты, то примем их равными С1=С2=1 нФ. Аналогично примем равенство R4=R5=10 кОм

Итак, мы получили следующие соотношения:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61844. Контроль 18.96 KB
  Цель контроля: способствовать тому чтобы фактически получаемые результаты были как можно ближе к требуемым. Контроль различают: По степени охвата объема: сплошной; выборочный По регулярности: непрерывный; эпизодический...
61845. Візантія в VІ- ХV столітті 71 KB
  Розглянути історичний процес розвитку Візантії звертаючи увагу на особливості пролонгованості збереження центральної влади відсутністю феодальної ієрархії та рицарського війська що і призвело до загибелі держави...
61846. Школа. Урок иностранного языка 466 KB
  In America, all children from six to sixteen go to school. They spend six years in elementary school, and four or six years in secondary or high school. School education is free.
61847. Урок как основная форма организации правового обучения в общеобразовательном учреждении 224.5 KB
  Подготовка учителя к проведению урока. Анализ урока. Сущность и назначение урока в процессе обучения как целостной динамической системы сводится к коллективно индивидуальному взаимодействию учителя и учащихся в результате которого происходит усвоение учащимися знаний умений и навыков развитие их способностей опыта деятельности общения и отношений а также совершенствование педагогического мастерства педагога. Эффективность урока – степень достижения заданной цели педагогической деятельности с учетом оптимальности необходимости и...
61848. Великие географические открытия. Открытия европейцев и создание новых колониальных государств 1.89 MB
  В ходе раскрытия темы урока учитель используя как традиционные активные и интерактивные методы обучения дает возможность осмыслить учащимся причины и предпосылки великих географических открытий пройти путь первооткрывателей новых континентов и земель вместе...
61849. Узагальнення і закріплення вивченого матеріалу. Обчислення значень виразів. Розв’язування задач 72 KB
  Мета: удосконалювати навички швидкої лічби в межах 10, закріпити уміння та навички складати та розвязувати приклади, задачі, розвивати обчислювальні вміння, логічне мислення, творчі здібності, виховувати цілеспрямованість, наполегливість.
61850. Разработка стратегии расширения сети стейк хаусов GOODMAN в интересах полного и опережающего охвата Московского рынка 4.74 MB
  Основные усилия сетевых проектов буду направлены на удержание доли рынка в виде постоянных гостей с попытками увеличить частоту посещений за счёт постоянных спецпредложений и использования современных средств коммуникации. Возможно, средний чек сегмента casual dining начнёт стремиться вниз...
61851. Океани Землі 34 KB
  Океани Землі. Де проходить межа між Європою та Азією Показати найбільший острів на Землі. Картка 2 Показати найбільший материк Землі. Більшу територію Землі займає вода.