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

64 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

61129. ПРИКЛАДКА ЯК РІЗНОВИД ОЗНАЧЕННЯ. НАПИСАННЯ НЕПОШИРЕНИХ ПРИКЛАДОК ЧЕРЕЗ ДЕФІС. ПРИКЛАДКИ, ЩО БЕРУТЬСЯ В ЛАПКИ 27.09 KB
  Мета: сформувати в учнів поняття про прикладку як різновид означення, його функцію в реченні; розвивати правописні вміння написання прикладок з означуваними словами окремо, через дефіс та в лапках...
61130. ДОДАТОК ЯК ДРУГОРЯДНИЙ ЧЛЕН РЕЧЕННЯ 388.1 KB
  Поглибити знання учнів про додаток як другорядний член речення; сформувати поняття про прямий і непрямий додаток; розвивати вміння визначати вид додатків у реченнях, розрізняти додаток і неузгоджене означення, удосконалити навички доречно використовувати додатки у власному мовленні
61131. Давня Індія 67.5 KB
  Мета: розповісти про природно-кліматичні умови і географічне положення Індії; ознайомитися з найдавнішими цивілізаціями долин річок Інд і Ґанґ; удосконалити навички встановлення взаємозвязку між географічним положенням і господарським розвитком країни...
61132. УСНИЙ ТВІР-ОПИС ПАМ’ЯТКИ ІСТОРІЇ ТА КУЛЬТУРИ ЗА КАРТИНОЮ В ПУБЛІЦИСТИЧНОМУ СТИЛІ 44.58 KB
  Ознайомити восьмикласників з вимогами до написання твору-опису за картиною в публіцистичному стилі; закріпити знання про опис як тип мовлення, його особливості та структуру; удосконалити вміння учнів усно складати твір-опис за картиною..
61133. Релігія та культура Давньої Індії 59 KB
  Мета: ознайомити учнів із найдавнішими культами та культурою Давньої Індії; дати уявлення про особливості суспільного устрою Індії; показати внесок давньоіндійської культури в розвиток світової науки і культури.
61134. ПИСЬМОВИЙ ТВІР-ОПИС ПАМ’ЯТКИ ІСТОРІЇ ТА КУЛЬТУРИ НА ОСНОВІ ОСОБИСТИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ І ВРАЖЕНЬ У ХУДОЖНЬОМУ СТИЛІ 40.5 KB
  Робота з текстами підготовча робота до складання творуопису пам’ятки історії та культури Прочитати висловлювання. Ще здається недавно рипіли гарби повз нього зі снопами клекотіла революція на цьому майдані соборному дзвони калатали на сполох кликали...
61135. Давній Китай 64.5 KB
  Після цього уроку учні зможуть: називати час виникнення цивілізації в Китаї появи могутньої держави в Китаї за Цінь Шіхуанді найвідоміших правителів Китаю особливості природних умов Китаю характерні риси господарського Китаю...
61137. ВИДИ ОБСТАВИН. ПОРІВНЯЛЬНИЙ ЗВОРОТ 493.85 KB
  Мета: поглибити знання учнів про обставину як другорядний член речення, порівняльний зворот, його роль у текстах різної стильової належності; сформувати вміння визначати види обставин; розвити пунктуаційні вміння виділяти порівняльні звороти комами на письмі...