49873

Расчет полосового активного фильтра первого порядка

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цель работы: изучить основные принципы работы полосового активного фильтра первого порядка. Провести расчет нестабильности параметров полосового фильтра в зависимости от нестабильности параметров элементов схемы. При объединении фильтра низких и фильтра высоких частот получается полосовой фильтр пропускающий сигналы в диапазоне частот от до ; Его схема и ЛАЧХ на Рис.

Русский

2014-01-11

502.5 KB

74 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Ижевский Государственный Технический университет»

Кафедра Вычислительной Техники

Пояснительная записка

к курсовой работе

по схемотехнике АЦУ

Тема: «Расчет полосового активного фильтра первого порядка».

Выполнил: студент

группы 6-78-1

Трубин Г. В.

 

 

Проверил:

к. т. н., доцент

Сяктерев В. Н.

Ижевск 2009 г.

Оглавление

[1] Оглавление

[2] I. Расчет схемы:

[2.1] Исходное задание:

[2.2] Анализ технического задания.

[2.3] Принцип работы схемы.

[2.4] Расчет схемы.

[2.5] 5. Расчет точностных параметров схемы.

[3] II. Интегральная схема:

[4] Список литературы.

I. Расчет схемы:

Вариант задания 10-3-11.

Цель работы: изучить основные принципы работы полосового активного  фильтра первого порядка. Спроектировать активный полосовой фильтр с заданными параметрами. Провести расчет нестабильности параметров полосового фильтра в зависимости от нестабильности параметров элементов схемы.

  1.  Исходное задание: 

Рис.1. Полосовой активный фильтр первого порядка.

Спроектировать полосовой активный фильтр первого порядка со следующими параметрами

п/п

f н

кГц

f в

кГц

K oc

δR,C

%

2

1,5

15

25

±5

  1.  Анализ технического задания.

АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Активными называются фильтры, использующие для формирования  частотной  характеристики  заданного  вида   как пассивные
(в основном резисторы и конденсаторы), так и активные  (усилительные)  элементы.

Активные фильтры классифицируются на фильтры высоких частот, пропускающие сигналы с частотой от   до    на рисунке 2 его схема включения а), и ЛАЧХ б);

Рис.2. Активный фильтр высоких частот.

Фильтры низких частот, пропускают сигналы с частотой от   до некоторого ;(Рис 3.)

Рис.3. Активный фильтр низких частот.

При объединении фильтра низких и фильтра высоких частот получается полосовой фильтр, пропускающий сигналы в диапазоне частот от   до ; Его схема и  ЛАЧХ на Рис.4:

Рис.4.  Полосовой активный фильтр.

В данной курсовой работе необходимо произвести расчет полосового фильтра,  по схеме на Рис.1. Эта схема не выгодна по сравнению со схемой на рис.4, т.к. имеет большие аппаратные затраты.

Передаточные функции приведенных фильтров представляют собой уравнения первого порядка, поэтому эти фильтры называют фильтрами первого порядка.

Нам необходимо спроектировать активный полосовой фильтр первого порядка  с полосой пропускания от 0,5 кГц до 8 кГц, и коэфициентом обратной связи  25. Погрешность на резисторы и конденсаторы

δR,C=±5%

  1.  Принцип работы схемы.

Принцип работы полосового фильтра на ОУ основан на изменении коэфициента передачи в зависимости от частоты. Основной частотозависимой цепочкой, влияющей на изменение коэфициента передачи является RC-цепочка, включенная в цепь обратной связи.

При частоте сопротивление , коэфициент  передачи усилителя А2 равен 0. С ростом частоты от  до  коэфициент передачи равный  увеличивается.   На участке  до  коэфициент передачи не меняется. При  Коэфициент передачи равный

начинает убывать.

  1.  Расчет схемы.

Передаточная функция усилителя фильтра низких частот в цепи обратной связи:

   

Передаточная функция фильтра верхних частот:

Где     

Тогда, т. к. Фильтры соединены последовательно, передаточная функция полосового фильтра:

 

Для проектирования активного фильтра выберем операционный усилитель К157УД2 с параметрами:

 

Uп.ном

 15 В

Uвых.

12,5 В

Iпотр.

Не более 7мА

Iвх

Не более 500 нА

Iпот

Не более 7 мА

Кu0

Не менее 50000

Fср

Не менее 1 МГц

Rвых

2 кОм

Выбираем значение входного напряжения:

Расчитаем параметры фильтра нижних частот:

1.

2. Коэфициент передачи цепи ООС по постоянному току:

3. Постоянная времени:

4. Согласно передаточной функции  и , тогда

Выберем =1 кОм, тогда

кОм

Ф

Выбираем  емкостью 0,4 нФ.

Расчитаем параметры фильтра верхних частот:

1.

2. Коэфициент передачи цепи ООС по постоянному току на высокой частоте:

3. Постоянная времени:

4. Согласно передаточной функции  и , тогда

Выберем =3 кОм, тогда

Ф

Выбираем  емкостью 35 нФ.

  1.  Сопротивление резистора :

        ; отсюда

кОм

  1.  Т . к.  на ЛАЧХ нашей схемы появляется горизонтальный участок продолжительносью от  до  , т. е. полоса пропускания полосового фильтра.

Резисторы  и используются для уменьшения влияния предыдущего каскада, выберем их небольшими : по 300 Ом.

5. Расчет точностных параметров схемы.

  1.  Расчет нестабильности коэффициента усиления усилителя от нестабильности параметров элементов цепи отрицательной обратной связи.

При расчете данных параметров будем рассматривать наихудшие случаи, когда повышается, а  понижается или наоборот. Тогда погрешность будет составлять:

Кос=. Отсюда следует, что относительная погрешность будет равна

 Кос=.

При этом при увеличении  и уменьшении  Кос увеличивается, а при уменьшении  и увеличении  Кос уменьшается.

  1.  Расчет нестабильности частот fн и fв от нестабильности параметров элементов цепи ООС.

При расчете данных параметров будем рассматривать наихудшие случаи, когда R1 и C1 повышаются или понижаются, а также повышаются или понижаются R2 и С2. Тогда погрешность будет составлять: fн=.

Тогда относительная погрешность составит: fн=. Для частоты fв рассчеты аналогичные. fв=9.30.

При этом, если , или , уменьшаются, то частоты fн и Fв увеличиваются и наоборот.

II. Интегральная схема:

Микросхема К1107ПВ2

Общее описание К1107ПВ2

Микросхема представляют собой быстродействующий 8-разрядный АЦП параллельного типа с частотой преобразования 20 МГц и предназначена для преобразования входных сигналов в один из потенциальных кодов: двоичный (прямой и обратный) и дополняющий (прямой и обратный). Не требуется внешней схемы выборки и хранения. Совместимы с ТТЛ схемами. Кждый из 256 компараторов напряжения прямым входом подключен к определенной точке резисторного делителя опорного напряжения, а инвертирующие входы компараторов объеденены и образуют аналоговый вход АЦП. Линейка компараторов формирует унитарный (термометрический) код, соответствующий уровню входного напряжения. Делителем опорного напряжения, формирующим пороговый уровень компаратора, служит низкоомный резисторный делитель. Варьируя опорными напряжениями на входах делителя можно компенсировать абсолютную погрешность преобразования в конечной точке шкалы и напряжения смещения нуля на входе. Вывод от средней точки делителя служит для корректировки нелинейности (подключая его к верхнему или нижнему входам делителя опорного напряжения в зависимости от знака нелинейности, можно скорректировать нелинейность на 0,25МЗР). Унитарный код линейки компараторов преобразуется в 8-разрядный код дешифратором, построенным на схемах И и ИЛИ. Логические схемы Исключающее ИЛИ имеют внешние входы "управление выходным кодом, вход 1" и "управление выходным кодом, вход 2", по которым имеется возможность сигналами ТТЛ управлять типом выходного кода. Тип выходного кода можно задать при помощи постоянных уровней напряжений: подключение к напряжению +5 В будет соответствовать высокому уровню, а к шине "земля" - низкому уровню. Работой АЦП управляет один тактовый сигнал. Выборка производится (стробируются компараторы) через 10...22 нс после прохождения переднего фронта тактового сигнала. Кодирование производится после прохождения заднего фронта тактового импульса, результат его передается в выходной регистр одновременно с передним фронтом очередного тактового импульса. Задержка цифрового выхода tDO не превышает 50 нс. Это дает возможность передним фронтом очередного тактового импульса производить следующую выборку, т.е. в момент, когда на выходе получается результат n-й выборки на входе производится n+2 выборка, а результат n+1 выборки хранится в промежуточной ступени. Кодирование входного сигнала приводится в таблице:

Ступенька
характеристики
преобразования

Напряжение
на входе, В

Прямой
двоичный код
УВК1-"1", УВК2-"1"

Обратный
двоичный код
УВК1-"0", УВК2-"0"

Прямой
дополнит. код
УВК1-"1", УВК2-"0"

Обратный
дополнит. код
УВК1-"0", УВК2-"1"

000

0,0000

00000000

11111111

10000000

01111111

001

-0,0078

00000001

11111110

10000001

01111110

002

-0,0156

00000010

11111101

10000010

01111101

.
.
.

.
.
.

.
.
.

.
.
.

.
.
.

.
.
.

127

-0,9961

01111111

10000000

11111111

00000000

128

-1,0039

10000000

01111111

00000000

11111111

129

-1,0117

10000001

01111110

00000001

10000000

.
.
.

.
.
.

.
.
.

.
.
.

.
.
.

.
.
.

254

-1,9922

11111110

00000001

01111110

10000001

255

-2,0000

11111111

00000000

01111111

100000000

Содержит 15623 интегральных элементов. Корпус типа 2136.64-1, масса не более 22 г.

Корпус К1107ПВ2


















Функциональная схема

Назначение выводов:
1...10 - свободные;
11 - опорное напряжение U
оп1;
13,15,16,18,20 - входы (аналоговый сигнал);
14,19 - общий (аналоговая земля);
17 - вывод корректировки нелинейности;
22 - опорное напряжение U
оп2;
28,43 - напряжение питания U
п1;
29,42 - общий (цифровая земля);
30 - тактовый сигнал;
32 - вход 8 (младший разряд);
33 - выход 7;
34 - выход 6;
35 - выход 5;
36 - управление выходным кодом, вход 2 (УКВ2);
37 - выход 4;
38 - выход 3;
39 - выход 2;
40 - выход 1 (старший разряд);
41 - управление выходным кодом, вход 1 (УКВ1);
47...50 - напряжение питания -U
п2;
12,21,23...27,31,44...46,51...64 - свободные.

Электрические параметры

1

Номинальное напряжение питания
    U
п1
    U
п2

 
5 В
5 %
-6 В
3 %

2

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

3

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,4 В

4

Ток потребления
    от источника питания U
п1
    от источника питания U
п2

 
не более 35 мА
не более |-450| мА

5

Напряжение смещения нуля на входе

-0,1...0,1 В

6

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы

-0,1...0,1 В

7

Ток потребления от источника опорного напряжения

не более 35 мА

8

Входной ток высокого уровня

не более 75 мкА

9

Входной ток низкого уровня

не более |-2| мА

10

Входной ток смещения нуля

не более 500 мкА

11

Нелинейность

-0,1...0,1 МЗР

12

Дифференциальная нелинейность

-0,1...0,1 МЗР

13

Время преобразования

не более 100 нс



Предельно допустимые режимы эксплуатации

1

Напряжение питания
    U
п1
    U
п2

 
4,75...5,25 В
-6,18...-5,82 В

2

Опорное напряжение
    U
оп1
    U
оп2

 
-0,1...0,1 В
-2,1...1,9 В

3

Ток нагрузки

2 мА

Рекомендации по применению

Не рекомендуется подведение каких-либо электрических сигналов к корпусу и неиспользуемым выводам. Требуется предусматреть отдельные шины "цифровая земля" и "аналоговая земля" с соединением их только в одной точке на клемме источника питания. К выводам Uп1, Uп2 и Uоп необходимо подключение конденсаторов емкостью 10 мкФ и 0,1 мкФ.

Зарубежные аналоги: TDC1007J

Список литературы.

  1.  Ф.Ю. Опадчий, О.П. Глудкий, А. И. Гуров Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. 768с.
  2.  Справочник радиолюбителя конструктора. Под редакцией Берг А. И., Бурлянд В.А., Шамшур В.И. и др.  М., Энергия, 1978. 752с


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7803. Советская школа в период с 1930 по 1940гг 26 KB
  Советская школа в период с 1930 по 1940 гг. Советское правительство принимает ряд постановлений о школе, которые определили ход ее дальнейшего развития, направления в перестройке ее учебно-воспитательной работы, а также новые теоретические достижения...
7804. Советская школа и педагогика в 1945-1964 27 KB
  Советская школа и педагогика в 1945-1964 Реформы коснулись и народного образования. Получили развитие школы рабочей молодежи. Были увеличены масштабы подготовки рабочих через школы фабрично-заводского обучения, ремесленные и железнодорожные уч...
7805. Советская школа и педагогика в сер. 60-х - н. 90х годов 25.5 KB
  Советская школа и педагогика в сер. 60-х - н. 90х годов Советская школа в период с 1958 по 1992г. В 1958г. был принят закон об укреплении связи школы с жизнью и о дальнейшем развитии системы народного образования, который установил в нашей ст...
7806. Становление коммунистической системы воспитания и образования в России после Октябрьской революции 33.5 KB
  Становление коммунистической системы воспитания и образования в России после Октябрьской революции Революционная перестройка школы. Первые декреты Советской власти по народному образованию и проведение их в жизнь. Великая Октябрьская социалистическа...
7807. Сухомлинский и Корчак и их педагогические идеи 30 KB
  Сухомлинский и Корчак и их педагогические идеи Сухомлинский создал оригинальную педагогическую систему, основывающуюся на принципах гуманизма, на признании личности ребёнка высшей ценностью, на которую должны быть ориентированы процессы воспитания и...
7808. Тенденции развития образования в современном мире 39.5 KB
  Тенденции развития образования в современном мире Состояние образования в современном мире сложно и противоречиво. С одной стороны, образование в 20-м веке стало одной из самых важных сфер человеческой деятельности огромные достижения в этой област...
7809. Школа в России в первой половине 19 века 39.5 KB
  Школа в России в первой половине 19 века. Развитие культуры России в первой половине XIX века проходило в противоречивых условиях. С одной стороны, экономическое развитие вызывало потребность в грамотных людях, стимулировало развитие науки и техники...
7810. Философия эпохи Возрождения (ренесанса) 58.5 KB
  Философия эпохи Возрождения В развитых странах Европы в период 12-13 век происходит развитие торговли и ремесел. Происходит рост производительности труда. Развиваются города. Они становятся центрами экономической и культурной жизни. Это была вершина...
7811. Немецкая идеалистическая философия. Философия Гегеля 38.5 KB
  Немецкая идеалистическая философия. Философия Гегеля Развитие немецкой классической философии достигает вершин в творчестве Георга Гегеля (1770-1831). Феноменология духа, Наука логика, Энциклопедия философских наук...