Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

Подписываем
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
Горюшкин Э.А.
Харьков 2008
Курсовое проектирование ставит цель получения навыков по самостоятельному расчету и построению линейных частотных фильтров с аппроксимацией по Баттерворту или Чебышеву, отработки последовательности синтеза фильтров нижних и верхних частот, а также полосовых фильтров.
Курсовое проектирование выполняется согласно полученной задаче за счет времени, отведеннго на самостоятельную работу по дисциплине.
Исходные данные на курсовое проектирование являются индивидуальными для каждого исполнителя, определяются номером исполнителя в классном журнале и приведены в таблице №1. Отсутствие параметра А (допустимогого размаха пульсаций) в соответствующей графе свидетельствует о расчете фильтра с аппроксимацией за по Баттерворту, его наличие - о расчете фильтра с аппроксимацией по Чебышеву.
Курсовое проектирование оформляется соответственно заданию на отдельных листах или в тетради. В отчете должны содержаться:
Курсовой проект должен иметь:
Таблицы оформляются согласно требованиям ДСТУ и подписываются сверху и нумеруются соответственно номерам раздела. Рисунки и графики подписываются снизу и также нумеруются согласно номерам разделов.
Задание на курсовое проектирование формулируется таким образом:
Разработать схему и рассчитать номиналы элементов фильтра заданного типа, который обеспечит параметры фильтрации согласно номеру варианта. Проверить правильность расчетов с помощью ЭВМ (рассчитать и построить АЧХ фильтра).
В качестве номера варианта используется номер, под которым студент учтен в журнале учебной группы. Согласно этому номеру из таблицы 4.1 определяются параметры и тип фильтра
Таблица 4.1.
№ по журналу |
Тип фильтра |
Ri=Rн, Ом |
fгр, (f1/f2) кгц |
пот() дБ |
fа, кгц |
А, дБ |
Примеча-ние. |
|
ФНЧ |
1000 |
2 |
40 |
4 |
0. 011 |
|
|
ФВЧ |
600 |
10 |
45 |
5 |
||
|
ПФ |
200 |
14/16 |
50 |
30 |
0. 028 |
|
|
ФНЧ |
75 |
100 |
25 |
150 |
||
|
ФНЧ |
400 |
20 |
30 |
30 |
0. 044 |
|
|
ФВЧ |
1000 |
5 |
35 |
2 |
||
|
ПФ |
600 |
9/11 |
30 |
20 |
0. 099 |
|
|
ФНЧ |
200 |
2 |
45 |
6 |
||
|
ПФ |
75 |
19/21 |
40 |
50 |
0. 177 |
|
|
ФВЧ |
400 |
1 |
45 |
0.2 |
||
|
ФВЧ |
1000 |
100 |
40 |
40 |
0.28 |
|
|
ФНЧ |
600 |
20 |
35 |
40 |
||
|
ПФ |
200 |
5,5/6,5 |
30 |
10 |
0. 011 |
|
|
ФНЧ |
75 |
8 |
45 |
20 |
||
|
ПФ |
400 |
29/31 |
40 |
45 |
0. 028 |
|
|
ФВЧ |
1000 |
10 |
25 |
5 |
||
|
ФНЧ |
600 |
1 |
50 |
2 |
0. 044 |
|
|
ПФ |
200 |
99/101 |
25 |
150 |
||
|
ФВЧ |
75 |
20 |
30 |
10 |
0. 099 |
|
|
ПФ |
400 |
5,5/6,5 |
45 |
12 |
||
|
ФНЧ |
1000 |
8 |
50 |
16 |
0. 177 |
|
|
ПФ |
600 |
9/11 |
25 |
20 |
||
|
ФВЧ |
200 |
10 |
40 |
4 |
0.28 |
|
|
ФНЧ |
75 |
1 |
35 |
3 |
||
|
ФВЧ |
400 |
100 |
40 |
50 |
0. 011 |
|
|
ФВЧ |
1000 |
20 |
45 |
5 |
||
|
ФНЧ |
600 |
5 |
50 |
10 |
0. 028 |
|
|
ПФ |
200 |
8/10 |
25 |
15 |
||
|
ФВЧ |
75 |
2 |
30 |
1 |
0. 044 |
|
|
ПФ |
400 |
12/14 |
25 |
20 |
||
|
ФНЧ |
1000 |
1 |
30 |
2 |
0. 099 |
|
|
ФВЧ |
600 |
100 |
45 |
50 |
5.1. Расчет фильтров нижних частот (ФНЧ)
Рассмотрим методику расчета на примере фильтра нижних частот Баттерворта с параметрами:
Расчет будем делать в несколько этапов
1. Определяем необходимый порядок фильтра, который обеспечивает затухание a(f)=50 дБ на частоте f = 4 кгц.
где - нормированная частота;
Округляем к целому значению в сторону увеличения: n=9. Итак, фильтр нижних частот Баттерворта с заданными параметрами должен иметь девятый порядок.
2. Изображаем схему (рис.1) ФНЧ Баттерворта 9 порядка на базе “Т” звеньев.
Рис. 1.
Здесь: - нормированные внутренние сопротивления источника питания и нагрузки.
Lі, Cі -нормированные величины индуктивности и емкости.
3. По таблицам (см. в приложении A) находим нормированные значения Lі и Cі для ФНЧ Баттерворта 9-го порядка.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
* |
0,3473 |
1,000 |
1,532 |
1,879 |
2,000 |
1,879 |
1,532 |
1,000 |
0,3473 |
||
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |
** |
* - для ФНЧ с „П” звеньями;
** - для ФНЧ с „Т” звеньями.
Обратите внимание, что нормированные значения симметричны относительно середины.
4. Переходим от нормированных значений к абсолютным
Ом; Ом;
; ;
;
;
.
7. Проведем проверку расчетов с помощью симуляционного программного обеспечения (например, пакеты MicroCap, Electronic Workbench, CircuitMaker и подобные). Для этого средствами пакета изобразим схему, введем нужны номиналы и проверим частотные характеристики. При моделировании нужно обратить особое внимание на обеспечение согласования внутреннего сопротивления источника сигнала, который, как правило, имеет нулевое значение. Вариант решения приведен в схеме
Рис.2. Схема фильтра (с помощью CircuitMaker)
Рис.3. АЧХ фильтра
При необходимости рассчитать фильтр Чебышева с параметрами:
Поступаем следующим образом:
1. Определяем необходимый порядок фильтра
2. Обратный гиперболический косинус исчисляется по тождественному уравнению:
, принимаем: n=7.
Обратите внимание, что фильтр Чебышева с такими же параметрами, что и фильтр Баттерворта, будет иметь только седьмой порядок. Разность в АЧХ этих фильтров будет лишь в том, что у фильтра Баттерворта в полосе пропускания АЧХ плоская, у фильтра Чебышева пульсирующая с размахом пульсаций А=0,177 дБ. Чем больше допустимый размах пульсаций, тем ниже порядок фильтра.
Рис. 4.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
* |
1,335 |
1,389 |
2,240 |
1,515 |
2,240 |
1,389 |
1,335 |
||
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
** |
* - для ФНЧ с „П” элементов;
** - для ФНЧ с „Т” элементов.
По таблицам находим нормированные значения Lі, Cі для фильтра Чебышева 7 порядка с размахом пульсаций A=0,177 дБ
4. Дальше расчет выполняется аналогично фильтру Баттерворта.
. Переходим вид нормированных значений к абсолютным
Ом; Ом;
; ;
;
;
;
.
Попробуйте качественно построить АЧХ фильтра. Для этого заранее необходимо определить коэффициент пульсаций Е.
Количество “max” и “min”в полосе пропускания равняется порядку фильтра n (в нашем случае n=7).
3.5.2. Расчет фильтров верхних частот (ФВЧ)
Фильтры ВЧ можно получить с помощью НЧ прототипов. При этом необходимо: при определении порядка фильтра нормированную частоту вычислять как отношение граничной частоты к частоте требуемого затухания; в схеме провести замену индуктивностей на емкости и наоборот; нормированные значения полученных элементов вычисляются по выражениям:
3.5.3. Расчет полосовых фильтров (ПФ)
Для расчета полосового фильтра нужно сначала определить значение элементов ФНЧ по методике, изложенной выше, а потом провести замену элементов по таким схемам:
Новые нормированные величины реактивных элементов определяются по выражениям:
где - среднее значение частоты полосы пропускания;
f1, f2 нижняя и верхняя граничные частоты;
- коэффициент преобразования ширины полосы пропускания.
Ниже приведены таблицы, по которым нужно определять нормированные значения элементов фильтра.
Таблица 2.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
2 |
1. 414 |
1. 414 |
|||||||
3 |
1. 000 |
2. 000 |
1. 000 |
||||||
4 |
0. 7654 |
1. 848 |
1. 848 |
0. 7654 |
|||||
5 |
0. 6180 |
1. 618 |
2. 000 |
1. 618 |
0. 6180 |
||||
6 |
0. 5176 |
1. 414 |
1. 932 |
1. 932 |
1. 414 |
0. 5176 |
|||
7 |
0. 4450 |
1. 247 |
1. 802 |
2. 000 |
1. 802 |
1. 247 |
0. 4450 |
||
8 |
0. 3902 |
1. 111 |
1. 663 |
1. 962 |
1. 962 |
1. 663 |
1. 111 |
0. 3902 |
|
9 |
0. 3473 |
1. 000 |
1. 532 |
1. 879 |
2. 000 |
1. 879 |
1. 532 |
1. 000 |
0. 3743 |
n |
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |
Таблица 3.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
3 |
0. 6395 |
0. 9786 |
06395 |
||||||
4 |
0. 6349 |
1. 203 |
1. 203 |
0. 6349 |
|||||
5 |
0. 7664 |
1. 310 |
1. 588 |
1. 310 |
0. 7664 |
||||
6 |
0. 7275 |
1. 380 |
1. 607 |
1. 607 |
1. 380 |
0. 7275 |
|||
7 |
0. 8068 |
1. 397 |
1. 757 |
1. 634 |
1. 757 |
1. 397 |
0. 8068 |
||
8 |
0. 7670 |
1. 433 |
1. 718 |
1. 754 |
1. 754 |
1. 718 |
1. 433 |
0. 7670 |
|
9 |
0. 8242 |
1. 431 |
1. 813 |
1. 712 |
1. 913 |
1. 712 |
1. 813 |
1. 431 |
0. 8242 |
n |
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |
Таблица 4.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
3 |
0. 7750 |
1. 0684 |
0. 7750 |
||||||
4 |
0. 8402 |
1. 307 |
1. 307 |
0. 8402 |
|||||
5 |
0. 8973 |
1. 359 |
1. 727 |
1. 359 |
0. 8973 |
||||
6 |
0. 8366 |
1. 449 |
1. 684 |
1. 684 |
1. 449 |
0. 8366 |
|||
7 |
0. 9350 |
1. 431 |
1. 874 |
1. 634 |
1. 874 |
1. 431 |
0. 9350 |
||
8 |
0. 8788 |
1. 487 |
1. 791 |
1. 792 |
1. 792 |
1. 791 |
1. 487 |
0. 8788 |
|
9 |
0. 9511 |
1. 459 |
1. 922 |
1. 696 |
2. 009 |
1. 696 |
1. 922 |
1. 459 |
0. 9511 |
n |
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |
Таблица 5
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
3 |
0. 8533 |
1. 1036 |
0. 8533 |
||||||
4 |
0. 7994 |
1. 354 |
1. 354 |
0. 7994 |
|||||
5 |
0. 9732 |
1. 372 |
1. 803 |
1. 372 |
0. 9732 |
||||
6 |
0. 8989 |
1. 478 |
1. 721 |
1. 721 |
1. 478 |
0. 8989 |
|||
7 |
1. 010 |
1. 437 |
1. 941 |
1. 622 |
1. 941 |
1. 437 |
1. 010 |
||
8 |
0. 9430 |
1. 507 |
1. 828 |
1. 808 |
1. 808 |
1. 828 |
1. 507 |
0. 9430 |
|
9 |
1. 025 |
1. 462 |
1. 985 |
1. 677 |
2. 066 |
1. 677 |
1. 985 |
1. 462 |
1. 025 |
n |
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |
Таблица 6.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
3 |
1. 0285 |
1. 1468 |
1. 0285 |
||||||
4 |
0. 9277 |
1. 434 |
1. 434 |
0. 9277 |
|||||
5 |
1. 144 |
1. 372 |
1. 972 |
1. 372 |
1. 144 |
||||
6 |
1. 036 |
1. 516 |
1. 788 |
1. 788 |
1. 516 |
1. 036 |
|||
7 |
1. 178 |
1. 423 |
2. 094 |
1. 574 |
2. 094 |
1. 423 |
1. 178 |
||
8 |
1. 086 |
1. 526 |
1. 902 |
1. 830 |
1. 830 |
1. 902 |
1. 526 |
1. 086 |
|
9 |
1. 193 |
1. 443 |
2. 132 |
1. 618 |
2. 203 |
1. 618 |
2. 132 |
1. 443 |
1. 193 |
n |
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |
Таблица 7.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
3 |
1,1893 |
1,1540 |
1,1893 |
||||||
4 |
1,041 |
1,482 |
1,482 |
1,041 |
|||||
5 |
1,302 |
1,346 |
2,129 |
1,346 |
1,302 |
||||
6 |
1,159 |
1,529 |
1,838 |
1,838 |
1,529 |
1,159 |
|||
7 |
1,335 |
1,389 |
2,240 |
1,515 |
2,240 |
1,389 |
1,335 |
||
8 |
1,215 |
1,523 |
1,963 |
1,840 |
1,840 |
1,963 |
1,523 |
1,215 |
|
9 |
1,349 |
1,405 |
2,274 |
1,551 |
2,339 |
1,551 |
2,274 |
1,405 |
1,349 |
n |
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |
Таблица 8.
n |
C1 |
L2 |
C3 |
L4 |
C5 |
L6 |
C7 |
L8 |
C9 |
3 |
1,3451 |
1,1412 |
1,3451 |
||||||
4 |
1,146 |
1,513 |
1,513 |
1,146 |
|||||
5 |
1,456 |
1,307 |
2,283 |
1,307 |
1,456 |
||||
6 |
1,277 |
1,528 |
1,878 |
1,878 |
1,528 |
1,277 |
|||
7 |
1,488 |
1,343 |
2,388 |
1,451 |
2,388 |
1,343 |
1,488 |
||
8 |
1,340 |
1,508 |
2,019 |
1,844 |
1,844 |
2,019 |
1,508 |
1,340 |
|
9 |
1,502 |
1,357 |
2,420 |
1,481 |
2,480 |
1,481 |
2,420 |
1,357 |
1,502 |
n |
L1 |
C2 |
L3 |
C4 |
L5 |
C6 |
L7 |
C8 |
L9 |