99517

Синтез двусторонне нагруженного фильтра нижних частот (ФНЧ) Баттерворта. Расчет электрических фильтров

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выполнить нормирование по частоте требуемой рабочей характеристики ослабления. Записать многочлен; Рассчитать корни многочлена Гурвица и записать многочлен; Записать выражение и выполнить разложение в цепную дробь; Рассчитать истинные значения параметров элементов схемы, выполнив денормирование по частоте и по сопротивлению. Начертить схему фильтра...

Русский

2016-09-21

2.26 MB

9 чел.

Волго-Вятский филиал Московского технического университета связи и информатики

Курсовая работа

По курсу

“Основы теории цепей”

По теме

Расчет электрических фильтров

Выполнил:

студент 3 курса

специальность 210406

студ. билет № 7CC08001

Агеев А.Е.

   Проверил:

                  доцент

            Зельманов С.С.

2011 г.

Задание № 1

Синтез двусторонне нагруженного фильтра нижних частот (ФНЧ) Баттерворта по исходным данным:

Сопротивление нагрузки R2 = 20000 Ом

Граница полосы пропускания ƒ1 = 7000 Гц

Граница полосы задерживания ƒ2 = 19000 Гц

Неравномерность ослабленияА = 2,75 дБ

Неравномерность ослабления в полосе задерживания As = 47 дБ

     Требуется рассчитать:

  1.  Выполнить нормирование по частоте требуемой рабочей характеристики ослабления;
  2.  Рассчитать коэффициент ε и порядок ФНЧ (NБ или NЧ). Записать многочлен ;
  3.  Рассчитать корни многочлена Гурвица и записать многочлен ;
  4.  Записать выражение  и выполнить разложение в цепную дробь;
  5.  Рассчитать истинные значения параметров элементов схемы, выполнив денормирование по частоте и по сопротивлению. Начертить схему фильтра;
  6.  Рассчитать и построить графики рабочего ослабления и модуля рабочей передаточной функции.

Решение задания №1:

Нормирование по частоте и сопротивлению:

Коэффициент неравномерности:

Рассчитываю порядок фильтра :

Следовательно, нужно рассчитать фильтр 6-го порядка.

Нахожу корни многочлена Гурвица:

 при k=1,2,3…6

Записываю многочлен Гурвица:

 

Записываю числитель функции фильтрации:

Входное сопротивление: (принимаю )

 

Раскладываю полученное выражение в цепную дробь:

Делю первый делитель на первый остаток:

Делю второй делитель на второй остаток:

Делю третий делитель на третий остаток:

Делю четвертый делитель на четвертый остаток:

Делю пятый делитель на пятый остаток:

Делю шестой делитель на шестой остаток:

После разложения получается схема фильтра с тремя емкостными и тремя индуктивными элементами:

L`1=0,5181

L`3=1,923

L`5=1,4157

C`2=1,4149

C`4=1,923

C`6=0,5262

Целесообразно перейти к дуальной схеме:

L`6=0,526

L`4=1,923

L`2=1,414

C`1=0,518

C`3=1,923

C`5=1,415

Рассчитываю истинные значения элементов схемы, выполнив денормирование по частоте и сопротивлению, исходя из формул:

Рассчитываю рабочее ослабление и модуль рабочей передаточной функции ФНЧ с характеристикой Баттерворта:

- рабочее ослабление;

f, КГц

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

4,35·10-10

10-6

1,3·10-4

4,1·10-3

0,0599

0,5

2,5

6,87

12,28

17,58

1

1

1

1

0,999

0,9931

0,943

0,749

0,453

0,243

0,132

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

22,5

27

31,18

35

38,63

42

45,1

48,14

51

53,63

0,074

0,044

0,027

0,017

0,0116

0,00794

0,00551

0,0391

0,00283

0,00208

Задание № 2

Синтез симметричного полосового фильтра нижних частот (ФНЧ) с характеристикой Чебышева по исходным данным:

Сопротивление нагрузки R2 = 10000 Ом

Верхняя граница полосы пропускания ƒ1 = 40500 Гц

Нижняя граница полосы пропускания ƒ-1 = 30250 Гц

Граница полосы задерживания ƒS = 19000 Гц

Неравномерность ослабленияА = 2,75 дБ

Неравномерность ослабления в полосе задерживания As = 47 дБ

     Требуется рассчитать:

  1.  Выполнить нормирование по частоте требуемой рабочей характеристики ослабления;
  2.  Рассчитать коэффициент ε и порядок ФНЧ (NБ или NЧ). Записать многочлен ;
  3.  Рассчитать корни многочлена Гурвица и записать многочлен ;
  4.  Записать выражение  и выполнить разложение в цепную дробь;
  5.  Рассчитать истинные значения параметров элементов схемы, выполнив денормирование по частоте и по сопротивлению. Начертить схему фильтра;
  6.  Рассчитать и построить графики рабочего ослабления и модуля рабочей передаточной функции.

Решение:

Определю дополнительные параметры:

Ширина полосы пропускания

Средняя частота

Нижняя граничная частота полосы задерживания

Коэффициент  неравномерности

Преобразую частотную переменную:

   -

-граничная частота полосы задерживания фильтра-прототипа нижних частот.

Определю порядок ФНЧ – прототипа с характеристикой Чебышева:

Синтез нормированного ФНЧ – прототипа

Корни многочлена Гурвица ():

Записываю многочлен Гурвица:

Нормированная функция ФНЧ-прототипа:

(принимаю )

 

Разложу полученное выражение в цепную дробь:

первый остаток        

Делю 1-ый делитель на 1-ый остаток:

                             второй остаток 0,36862

Делю 2-ой делитель на 2-ой остаток:

                                              третий остаток 0

Делю 3-ий делитель на 3-ий остаток:

                                                        четвертый остаток 

Делю 4-ый делитель на 4-ый остаток:

                                                       пятый остаток  

Делю 5-ый делитель на 5-ый остаток:

                                                         шестой остаток    0

Схема ФНЧ-прототипа

`1=1,7118

`3=2,56719

`5=1,6773

C`2=1,2401

C`4=1,23119

С помощью частотного преобразования найдем элементы ПФ. При преобразовании ФНЧ в ПФ индуктивные элементы преобразуется в последовательное соединение индуктивности и емкости, а ёмкостные – в параллельное соединение индуктивности и ёмкости.

 

                                 liП = k     ciП = 1/k  

       ciП = kci    

             ci

       liП = 1/kci     

Перехожу от схемы ФНЧ-прототипа с схеме полосового фильтра с нормированной характеристикой Чебышева:

В соответствии с приведенным выше выполняю преобразование нормированных элементов ФПНЧ в элементы рассчитываемого фильтра.

Вычислю нормированные значения элементов ПФ:

k=3,414; l1,3п =kl1,3;  С’1,3п =1/(kl1,3); C2,4п=kl2,4; l2,4п =1/(kl2,4);

l1п = 3,414∙1,7118= 5,84;

С’1п = 1/(3,414∙1,7118) = 0,17;

l3п = 3,414∙2,56719= 8,764;

С’3п = 1/(3,414∙2,56719) = 0,147;

l5п = 3,414∙1,6773= 5,726;

С’5п = 1/(3,414∙1,6773) = 0,174;

l2п = 1/(3,414∙1,2401) = 0,236;

C2п = 3,414∙1,2401= 4,233;

l2п = 1/(3,414∙1,23119) = 0,237;

C2п = 3,414∙1,23119= 4,203.

Перехожу истинные (денормированные) значения элементов.

Для этого найду коэффициенты денормирования KL и KC.

          

          

Тогда:

L1 = L5 = KLl=0,04547 ∙5,84= 265 (мГн)

С1 = С5 = KС∙ С’=  ∙0,17= 0,7 (пФ)

L2 = L4 = KLl= 0,04547 ∙0,236= 10 (мГн)

С2 = С4 =KС∙ С’= ∙4,233 = 2 (нФ)

L3 = KLl=0,04547 ∙8,764= 3,984 (Гн)

С3 = KС∙ С’=  ∙0,114= 5,17 (пФ)

Рассчитываю рабочее  ослабление при частотах ƒ0, ƒ-1, ƒ1, ƒs2, 1,5ƒs2, 2ƒs2.

           

  1.  при ,

Тогда , ;

  1.  при

Тогда ,

  1.  при

Тогда ,

  1.  при

Тогда ,

  1.  при ,

Тогда  

  1.  при ,

Тогда,

;

Задание № 3

Рассчитать активный RC – фильтр нижних частот (АRC ФНЧ) с характеристикой Баттерворта.

Исходные данные:

  1.  ΔА = 2,8 дБ – максимально допустимая величина ослабления в рабочей полосе пропускания.
  2.  ƒ1 = 31 кГц – граничная частота рабочей полосы задержания (частота среза).
  3.  Аs = 20 дБ – минимальное значение допустимого ослабления в полосе задержания при ƒ > ƒs.
  4.  ƒs = 79,5 кГц
  5.  К = 12 – коэффициент усиления фильтра.

Требуется:

  1.  Определить порядок фильтра n, число звеньев второго и первого порядка.
  2.  Определить выражение передаточной функции каждого звена и всего фильтра.
  3.  Определить добротность каждого звена фильтра второго порядка и качественно построить график АЧХ каждого звена.
  4.  Начертить схему фильтра и рассчитать значения резистивных сопротивлений и емкостей каждого звена.
  5.  Рассчитать собственную частоту и добротность каждого звена фильтра.
  6.  Начертить качественно (т.е. без соблюдения масштабов) графики ослабления в функции частоты.

Решение :

Рассчитаю порядок фильтра n.

           

Принимаю n=4.

Следовательно, фильтр состоит из двух звеньев второго порядка.

Заданный коэффициент распределяется между звеньями следующим образом:

K =K1 ·K2=12

K1=4 - коэффициент усиления 1-го звена,

K2=3 - коэффициент усиления 2-го звена.

По таблице «Исходные данные коэффициентов В и С ARC ФНЧ Чебышева» для 1-го звена находим коэффициенты:

В=0,765, C=1.

Емкость С2 определяю по формуле:

           

или 0,3·10-9 Ф.

Емкость С1 определяю по формуле:

 

        

 

 

Вычисляю резистивные сопротивления:

 

           

           

           

           

По таблице «Исходные данные коэффициентов В и С ARC ФНЧ Баттерворта» для 2-го звена нахожу коэффициенты:

B=1,848; С=1

Емкость С2 определяю по формуле:

           

или 0,3·10-9 Ф.

Емкость С1 определяю по формуле:

 

        

 

 

Вычисляю резистивные сопротивления по тем же формулам:

 

Найду передаточную функцию для первого звена по формуле:

Найду передаточную функцию для второго звена по формуле:

Найду передаточную функцию всего фильтра:

Рассчитаю добротность и собственную частоту 1-го звена фильтра по формулам:

  

      

Для первого звена:

Для второго звена:

- собственная частота

- добротность

Качественно амплитудно-частотная характеристика первого и второго звеньев будет иметь вид:

Качественно график ослабления в функции частоты будет иметь вид:

Схема данного активного фильтра нижних частот изображена на рисунке:

Список литературы:

  1.  Зельманов С.С. Теория электрических цепей ,Н.Новгород, 2000г.
  2.  Методические указания, ТЭЦ “Расчет электрических фильтров”. –М: МТУСИ, 2000.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81663. Литературная критика русского гражданственного романтизма: представители, принципы, проблематика, жанровое своеобразие статей. Роль декабристских альманахов в развитии русской романтической критики 28.98 KB
  Роль декабристских альманахов в развитии русской романтической критики. Обращавшиеся к характеристике данного периода и данного круга имен исследователи истории отечественной критики предлагали разные дефиниции: литературная критика декабристов критика революционноромантического направления критика гражданского романтизма критика гражданственного романтизма и т. Сами критики ни революционными романтиками ни тем более декабристами себя не называли. и во многом определивших темы и проблематику критики гражданственного романтизма...
81664. Типологический анализ статей А.А.Бестужева или В.К. Кюхельбекера. Жанровое и стилевое своеобразие статей 35.18 KB
  Если в статье Взгляд на нынешнее состояние русской словесности 1817 своем первом критическом выступлении в печати Кюхельбекер приветствовал обновление русской поэзии произошедшее благодаря деятельности Жуковского и воспринимал привнесенный им в литературу германический дух свободный и независимый как близкий нашему национальному духу то в статье О направлении нашей поэзия особенно лирической в последнее десятилетие 1824 он подвергал резкой критике школу Жуковского и в особенности ее подражателей за мелкость тем...
81665. Особенности развития русской литературной критики 1830-х гг. Романтическая критика на страницах ж-ла Н.А.Полевого «Московский телеграф» 35.24 KB
  Полевого создавал атмосферу новизны непрестанного поиска. Полевого; с романтических повестей Вечера на хуторе близ Диканьки начинает писательское поприще И. Полевого ярко раскрылись и в его рецензии на книгу АГалича Опыт науки изящного 1826. Полевого О романах Виктора Гюго и вообще о новейших романах 1832 обнаруживала ориентацию автора на романтизм в его французской разновидности.
81666. Философская критика (Д.В.Веневитинов, И.В.Киреевский и др.). Литературно-критическая и журналистская деятельность Надеждина 37.23 KB
  Манна философская предоснова восприятия искусства строго говоря присущая любой художественной теории в том числе классицизму романтизму и т. здесь уже ощущается недостаточной и уступает место целенаправленному включению искусства в философское наукоучение. Высокую оценку Галича получали идеи натурфилософии Шеллинга понимание природы как целесообразного целого где происходит взаимодействие противоположно направленных сил и основные положения шеллинговой философии искусства: представление о самоценности искусства об идеале как...
81667. А.С. Пушкин как литературный критик. Проблематика его литературно-критических статей и заметок; жанровое, стилевое своеобразие. Типологический анализ одной из работ 35.6 KB
  Его статьи и художественные произведения становились итогом долгих и основательных раздумий о самых разнообразных теоретических проблемах художественного творчества о предмете и назначении искусства о взаимосвязи писателя и общества об историзме и народности литературы роли критики в развитии эстетического вкуса читателей путях становления русского литературного языка и т. В многообразном по своему составу литературнокритическом наследии Пушкина есть и опыты больших историколитературных обобщений незавершенная статья О ничтожестве...
81668. Творчество А. С. Пушкина в критике разных эпох. Сравнительный типологический анализ статей В. Г. Белинского (8-я, 9-я, из цикла «Сочинения Александра Пушкина»), Д. И. Писарева («Пушкин и Белинский»), Д. С. Мережковского («Пушкин») 39.06 KB
  Пушкина в критике разных эпох. Белинского 8я 9я из цикла Сочинения Александра Пушкина Д. Вообще творчеству Пушкина Белинский посвящает огромное количество критических статей и сочинений. Обратимся к 89 статьям сочинения Александра Пушкина.
81669. Литературно-критическое тв-во Н.В.Гоголя. Типологический анализ одной из статей 40.33 KB
  Статья Плетнева Чичиков или Мертвые души Гоголя опубликованная в июльском номере Современника за 1842 г. Плетнев как и Белинский ставил Гоголя в первый ряд среди современных писателей отмечая удивительную верность автора действительности. В произведениях Гоголя П. Вяземский решительно противился тому что именем Гоголя теоретики натуральной школы пытались придать ей идейную и эстетическую целостность.
81670. Особенности развития литературной критики в 1840-е гг. Литер.критика «Отечественных записок». Славянофильская критика. Литературно-критическая позиция журнала «Современник» 34.72 KB
  Анненков определялись противостоянием двух сформировавшихся на рубеже 1830 1840х годов течений русской общественной мысли западничества и славянофильства. отстаивали необходимость исторического движения России по европейскому пути выдвигали на первый план идею свободы и самоценности человеческой личности подчеркивали исчерпанность тех начал которые составляли основу древнерусской жизни. публиковали свои статьи на страницах Москвитянина Московских литературных и ученых сборниковРусской беседы выступили против перенесения...
81671. Понятие о литературной критике, ее происхождение. Значение термина «критика» 28.26 KB
  Значение термина критика. В широком общекультурном смысле литературная критика обозначение восходящей к глубокой древности филологической рефлексии по поводу любого словесно-организованного текста. В современной западной культуре понятия литературная наука и литературная критика часто совпадают и употребляются на правах синонимов. В специальном литературоведческом смысле закрепленном отечественной гуманитарной традицией литературная критика род литературно-творческой и литературно-коммуникативной деятельности направленной на...