50296

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Электрические фильтры широко применяются в измерительной и вычислительной технике в системах телеметрии и автоматического регулирования используются для устранения помех и наводок в электрических цепях и для коррекции амплитудночастотных характеристик АЧХ четырехполюсников. Фильтры классифицируются на четыре основных типа: 1. LCфильтры обладают рядом достоинств таких как высокая стабильность низкий уровень собственных шумов а также возможность создания фильтров с различными частотными характеристиками.

Русский

2014-01-20

631 KB

21 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Казанский государственный энергетический

университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ В ПРОГРАММЕ ELECTRONICS WORKBENCH

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ

Казань 2010

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

Электрическими фильтрами называются устройства, пропускающие токи определенных частот и ослабляющие токи всех других частот. Электрические фильтры широко применяются в измерительной и вычислительной технике, в системах телеметрии и автоматического регулирования, используются для устранения помех и наводок в электрических цепях и для коррекции амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) четырехполюсников.

Фильтры классифицируются на четыре основных типа:

1. Фильтр нижних частот (ФНЧ).  Полоса пропускания ФНЧ простирается от нулевой частоты до частоты среза fгр, а полоса затухания от fгр до бесконечности.

2.  Фильтр верхних частот (ФВЧ).  Полоса затухания простирается от нулевой частоты до частоты среза fгр, а полоса пропускания от fгр до бесконечности.

3. Полосовой фильтр. Полоса пропускания простирается от низшей частоты среза f1 до высшей частоты среза f2, а полоса затухания от нуля до f1 и от f2 до бесконечности.

Режекторный фильтр. Полоса пропускания простирается от нулевой частоты до низшей частоты среза f1 и от высшей частоты среза f2 до бесконечности, а полоса затухания от f1 до f2.

Фильтр считается идеальным, если в полосе пропускания отсутствует ослабление сигналов и фазочастотная характеристика линейна, а вне полосы пропускания сигналы на выходе фильтра отсутствуют. Для создания электрических фильтров используются как LC-, так и RC-цепи.

LC-фильтры обладают рядом достоинств, таких как высокая стабильность, низкий уровень собственных шумов, а также возможность создания фильтров с различными частотными характеристиками. Однако наряду с достоинствами, LC-фильтры имеют ряд существенных недостатков: малая помехоустойчивость к электромагнитным полям, нелинейность, связанная с насыщением материала сердечника, а также большие масса и габариты при переходе к низким частотам. Создание малогабаритных высокодобротных катушек индуктивности весьма затруднительно, так как добротность катушки быстро снижается с уменьшением ее линейных размеров.

Кроме LC-фильтров в электронной аппаратуре широко применяются пьезоэлектрические фильтры. В этих фильтрах для селектирования сигналов нужной частоты используется явление механического резонанса, возникающего в пьезоэлектрическом кристалле при резонансной частоте приложенного напряжения. Такие фильтры отличаются большой добротностью ~ 104, высокой стабильностью АЧХ и малыми размерами. Частотный диапазон применения пьезоэлектрических фильтров составляет от сотен герц до десятков мегагерц. Как функциональные элементы пьезоэлектрические фильтры, в основном, используются в качестве полосовых и режекторных фильтров.

Благодаря развитию полупроводниковой техники и микроэлектроники широкое применение получили активные RC-фильтры – сочетание пассивных частотнозависимых RC-цепей и активного элемента – чаще всего операционного усилителя. Активные RC-фильтры позволяют получать самые различные АЧХ и по сравнению с другими типами фильтров имеют небольшие габариты и малый вес. Особенно это преимущество заметно при переходе к инфранизким и низким частотам, где при реализации  LC-фильтров катушки индуктивности получаются неприемлемых размеров. Уступая по величине добротности пьезоэлектрическим и в ряде случаев    LC-фильтрам, активные RC-фильтры отличаются простотой получения всех типов АЧХ и легкостью перестройки на различные частоты, тогда как в пьезоэлектрических фильтрах резонансная частота определяется геометрическими размерами пьезоэлектрических кристаллов. Большим достоинством активных RC-фильтров является возможность объединения в одном устройстве двух функций – фильтрации сигнала и его усиления.

Активные RC-фильтры разделяются на два основных класса: линейные и квазилинейные. В линейных фильтрах активные элементы используются в линейном режиме. Принцип работы квазилинейных фильтров основан на использовании нелинейных характеристик активных элементов. К числу квазилинейных фильтров относятся квадратурные, синхронные и цифровые, а также фильтры с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ).

Основной особенностью синхронных и квадратурных фильтров является преобразование спектра входных сигналов и возможность получения добротностей ~ 106. Однако в электронной аппаратуре наиболее часто требуемая добротность фильтров не превышает 50. Фильтры с такой добротностью легко создаются на основе линейных активных RC-цепей. Основные достоинства линейных цепей – это простота реализации, малый уровень входного шума и большой (до 120 дБ) динамический диапазон. Основные недостатки линейных цепей заключаются в трудности получения высоких добротностей и большой стабильности АЧХ. Это обусловлено их склонностью к самовозбуждению при больших коэффициентах усиления операционного усилителя, а также зависимостью параметров активного     RC-фильтра от стабильности характеристик, входящих в схему фильтра пассивных элементов.

В зависимости от полосы пропускаемых частот, фильтры подразделяются на фильтры нижних частот (НЧ фильтры), фильтры верхних частот (ВЧ фильтры), полосовые фильтры и режекторные фильтры. Соответствующие им АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ) показаны на рис.1.

Наряду с АЧХ фильтра значительный интерес представляет его ФАЗО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (ФЧХ), т.е. сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к входному в зависимости от частоты. Фаза важна потому, что сигнал, прошедший через фильтр без изменения амплитуды в полосе пропускания может быть искажен по форме, если временное запаздывание при прохождении через фильтр не будет постоянным для различных частот. Постоянное время задержки (для всех частот) соответствует линейному изменению сдвига фазы в зависимости от частоты, поэтому фильтр с линейной фазой обеспечивает неискаженную передачу формы сигнала. ФЧХ различных фильтров также показаны на рис.1.

В зависимости от полосы пропускаемых частот, фильтры подразделяются на фильтры нижних частот (НЧ фильтры), фильтры верхних частот (ВЧ фильтры), полосовые фильтры и режекторные фильтры. Соответствующие им АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ) показаны на

Рис.1. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики фильтров.
a) фильтр нижних частот;
b) фильтр верхних частот;
c) полосовой  фильтр;
d) режекторный фильтр.

Наряду с АЧХ фильтра значительный интерес представляет его ФАЗО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (ФЧХ), т.е. сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к входному в зависимости от частоты. Фаза важна потому, что сигнал, прошедший через фильтр без изменения амплитуды в полосе пропускания может быть искажен по форме, если временное запаздывание при прохождении через фильтр не будет постоянным для различных частот. Постоянное время задержки (для всех частот) соответствует линейному изменению сдвига фазы в зависимости от частоты, поэтому фильтр с линейной фазой обеспечивает неискаженную передачу формы сигнала. ФЧХ различных фильтров также показаны на рис.1.

                                  Рис. 2  Схема фильтра нижних частот

                                    Рис. 3  Схема фильтра верхних частот

                      Рис. 4 Схема режекторного фильтра с двойным Т- мостом

                        Рис. 5 Схема трехконтурного режекторного фильтра

       Рис. 6  Схема полосового фильтра

Задание на выполнение лабораторной работы.

1. Провести моделирование фильтров по схемам на рисунках 2- 6.

2. Определить частоты среза дл ФНЧ и ФВЧ.

3. Определить полосу пропускания для режекторного и полосового фильтров.

4. Выяснить как влияет изменение величин резисторов R6 (схема на рис. 5) и R1 (схема на рис. 6) на АЧХ фильтров.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Карлащук А.И. Электронная лаборатория на IBM PC, Москва, изд.     Салон–Пресс, 2004г.

2. Дорошенко А.Н., Логинов В.А., Федоров В.Н. Моделирование дискретных устройств в системе ELECTRONICS WORKBENCH, Москва, изд. МЭИ, 2004г.

3. Смоляков Б.П., Андреев Н.К., Малеев Н.А.  Расчет и исследование активных корректирующих цепей информационного канала автоматизированного электропривода. Изд. КГЭУ, 2010г.

PAGE  12


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39797. Распределение оперативной памяти в современных ОС 110.5 KB
  Распределение оперативной памяти в современных MSDOS В состав MS DOS входят следующие основные компоненты: Базовая система ввода вывода BIOS bse inputoutput system включающая в себя помимо программы тестирования ПК POST программа самотестирования при включении ПК.SYS 580 Кб Область памяти для выполнения программ пользователя и утилит MSDOS. Область и размер используемого видеобуфера зависит от используемого режима При работе в текстовом режиме область памяти А0000В0000 свободна и м.
39798. Логическая структура дисков 71 KB
  должна быть создана физическая и логическая структура диска. Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек которые делятся на секторы. Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов. После форматирования гибкого диска 35 его параметры будут следующими: Информационная емкость сектора – 512 байтов; Количество секторов на дорожке – 18; Дорожек на одной стороне – 80; Сторон – 2.
39799. Понятие операционной системы и цели ее работы 7.34 MB
  Суперкомпьютеры используются для вычислений требующих больших вычислительных мощностей сверхвысокой производительности и большого объема памяти. Другая характерная черта ноутбуков – это наличие кардридеров – портов для чтения всевозможных карт памяти используемых в мобильных телефонах или цифровых фотокамерах; обеспечивается также интерфейс FireWire официально – IEEE 1394 для подключения цифровой видеокамеры; таким образом ноутбуки хорошо приспособлены для ввода обработки и воспроизведения обработки мультимедийной информации....
39800. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 1.32 MB
  ISBN Новые информационные технологии активно развивающиеся в последние годы позволили осуществить своеобразную революцию в проблеме обработки и передачи информации. Основные угрозы безопасности информации в ИВС 8 1. Цели и задачи защиты информации в ИВС 19 1. При этом стоимость информации часто превосходит в сотни и тысячи раз стоимость компьютерной системы в которой она находится.
39801. БАЗЫ И БАНКИ ДАННЫХ 5.08 MB
  ВВЕДЕНИЕ В БАЗЫ И БАНКИ ДАННЫХ 1. Понятие базы и банка данных Развитие вычислительной техники и появление емких внешних запоминающих устройств прямого доступа предопределило интенсивное развитие автоматических и автоматизированных систем разного назначения и масштаба в первую очередь заметное в области бизнесприложений.1 Другими направлениями стимулировавшими развитие стали с одной стороны системы управления физическими экспериментами обеспечивающими сверхоперативную обработку в реальном масштабе времени огромных потоков данных от...
39802. Административная теория А. Файоля 36.5 KB
  Файоля Французский инженер и предприниматель Анри Файоль {18411925 создал так называемую административную теорию управления. Его теория состоит из двух частей: функций управления которые отвечают на вопрос что делает руководитель он выделяет всего пять функций: предвидение планирование организация координирование и контроль. Он называется так потому что все функции расписаны по уровням управления – каждому свои и в разном объёме. Существовавшую до него линейную структуру управления он дополнил функциональными службами.
39803. Використання ІТ в документознавстві 37 KB
  Хоча комп’ютерні інформаційні системи використовують комп’ютерні технології щоб обробити неперевірені відомості в значущу інформацію існує відчутна відмінність між комп’ютером і комп’ютерною програмою з одного боку та інформаційною системою – з іншого. Комп’ютери забезпечують устаткування для зберігання і виготовлення інформації. Комп’ютерні програми або програмне забезпечення є наборами керівництва по обслуговуванню які управляють роботою комп’ютерів. Але комп’ютери є тільки частиною інформаційної системи.
39804. Методика малювання натюрморту в початкових класах 21 KB
  При компонуванні натюрморту діти спочатку малюють лінію що виділяє предметну площину від вертикальної стіни. При зображенні натюрморту діти повинні користуватися модулем умовною міркою. За модуль береться самий маленький предмет натюрморту.
39805. Використання творів образотворчого мистецтва на уроках малювання і ліплення в початковій школі 22 KB
  Жодного уроку з образотворчої діяльності не повинно бути без аналізу творів образотворчого мистецтва. Програма пропонує використовувати репродукції фотографії таких видів образотворчого мистецтва: живопис графіка скульптура архітектура декоративнеприкладне мистецтво. Інколи для порівняння аналізів творів образотворчого мистецтва можна ввести в заключну частину при аналізі дитячих робіт щоб діти самі аналізуючи свою роботу могли знайти недоліки у своїх роботах.