Разработка активного фильтра низких частот на операционном усилителе

Амплитудно-частотная характеристика фильтра Чебышева. Определение порядка фильтра и количества его звеньев. Расчет звена второго порядка на операционном усилителе с единичным усилением. Выбор схемы операционного усилителя по входному сопротивлению.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 16.10.2017
Размер файла 171,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный

Институт Электронной Техники

(Технический Университет)

Курсовая работа

по курсу Радиоэлектроника”

Тема “Разработка активного фильтра низких частот на операционном усилителе”

Выполнил: Игошин А.В.

Группа: МП-45

Преподаватель: Кичкин Ю.Н.

Москва 2000 г.

Теоретическая часть

Фильтры Чебышева имеют передаточную характеристику вида:

(1)

где n - порядок фильтра.

Так как корни знаменателя комплексно-сопряженные, то K(P) может быть представлена в виде:

(2)

В выражениях (1) и (2) Ci ,,- пололжительные действительные коэффициенты; N -целая часть выражения (n+1)/2.

При описании фильтра в частотной области

(3)

где - частота, нормированная относительно частоты среза ;

- амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

- фазово-частотная характеристика (ФЧХ).

АЧХ ФНЧ определяется как модуль передаточной характеристики (2):

(4)

фильтр частота операционный усилитель

Ниже приводится рисунок АЧХ фильтра Чебышева третьего порядка (в курсовой работе 5-ого порядка). Частота среза ( верхняя граничная частота ) для фильтра Чебышева определяется как частота, на которой АЧХ последний раз проходит через минимальное в полосе пропускания значение.

Техническое задание. Расчет ФНЧ

Определение порядка фильтра и количества звеньев.

Т. к. допустимая неравномерность АЧХ в полосе пропускания не равна нулю , то тип фильтра - фильтр Чебышева.

Для удобства дальнейших расчетов проведем предварительные вычисления:

Теперь воспользуемся формулой для расчета порядка фильтра Чебышева:

(1)

Подставляя исходные данные в эту формулу, получаем:

После округления получаем n = 6.

Теперь определяем количество звеньев:

(2)

Т. е. дальше мы будем рассматривать каскадную реализацию фильтра 6-ого порядка в виде соединения 3-х взаимонезависимых звеньев второго порядка.

Расчет звена второго порядка на ОУ с единичным усилением.

Характеристика звена второго порядка в общем виде имеет вид:

(3)

Передаточная характеристика звена приведенного на рисунке имеет вид:

(4)

Сравнивая (3) и (4), получаем:

(5)

Коэффициенты и получим из формул:

(6)

Здесь:

(7)

Подставляя исходные данные в систему (7) получаем:

Подставим в систему (6), и изменяя i от 1 до 3, получаем коэффициенты:

Посчитаем добротность по формуле .Максимальное достижение добротности равно : Q=8.003691. Значит, дальше будем производить расчет звена второга порядка на ОУ с единичным усилением. Схема такого звена :

Подбираем номиналы элементов для этой схемы:

1)Выбираем номинальное значение емкости С2 близкое к значению =0.043478 [мкФ]

По таблице номинальных значений выбираем номинал С2 = 0.0442 мкФ

2) Выбираем номинальное значение емкости С1 такое, что б выполнялось условие

(8)

После вычисления по этой формуле получили следующие ограничения для С1:

0.0190870 мкФ ; 0.0022871 мкФ ; 0.0001722 мкФ

Окончательно выбрали по таблице:

С11 = 0.0187 мкФ

С12 = 0.00226 мкФ

С13 = 0.000169 мкФ

3) Считаем номиналы для R1 и R2

(9)

Получаем значения:

Для первого звена R1= 78674.82 Ом R2 = 59057.39 Ом

Для второго звена R1 = 103439.85 Ом R2 = 83105.51 Ом

Для третьего звена R1 = 293601.99 Ом R2 = 220414.42 Ом

Выбираем номинальные значения по таблице номиналов:

Для первого звена R1 = 82 кОм R2 = 62 кОм

Для второго звена R1 = 105 кОм R2 = 82 кОм

Для третьего звена R1 = 287 кОм R2 = 215 кОм

Выбор операционного усилителя.

Выбор ОУ по входному сопротивлению.

Для первого звена вбираю ОУ общего применения 140УД6А с входным сопротивленнием в пределах 2 МГОм.

Для второго звена вбираю ОУ общего применения 140УД6А с входным сопротивленнием в пределах 2 МГОм.

Для третьего звена вбираю ОУ общего применения 140УД6А с входным сопротивленнием в пределах 2 МГОм.

Общая таблица результатов

Номер звена

С2 , мкФ

С1 , мкФ

R1, кОм

R2, кОм

ОУ

1

0.0442

0.0187

82

62

140УД6А

2

0.0442

0.00226

105

82

140УД6А

3

0.0442

0.000172

287

215

140УД6А

Схема
Используемая литераратура
1. Белоусов В.Н. “Конспект лекций”
2. Кустов В.А. “Методические указания к курсовому проектированию по Радиоэлектроннике”, 1987
3. Кустов В.А. “Методические указания к курсовому проектированию по Радиоэлектроннике”, 1990
Приложение
Ниже приводится текст программы, которую я написал для расчета значений ФНЧ
#include <iostream.h>
#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
float n; //порядок фильтра (надо потом округлить, см. ниже)
double N; //количество звеньев
double x,y,z; //вспомогательные переменные
double C2,C1[10],R1[10],R2[10]; //элементы
double a[4],b[4]; //коэффициенты
float Q[4],Qmax; //добротность
const int K_o=10;
int W_c=1445;
int W_z=2890;
int B_c=1;
int B_z=60;
void main()
{
clrscr();
//////////СЧИТАЕМ ПОРЯДОК ФИЛЬТРА/////////////////////////////////
//а) считаем знаменатель дроби
z=W_z/W_c;
y=log(z+sqrt(z*z-1));
//б) считаем числитель дроби
z=sqrt((pow(10,6)-1)*(pow(10,0.1)-1));
x=log(z+sqrt(z*z-1));
// считаем порядок
n=x/y;
cout<<"Порядок фильтра до округления = "<<n<<endl;
//Округляем результат до ближайшего _большего_ целого
n=6; //для моего случая
cout<<"Порядок фильтра после округления = "<<n<<endl;
//определяем количество звеньев
x=modf((n+1)/2,&N);
cout<<"Количество звеньев = "<<N<<endl;
////////Подсчет коэффициентов a[i] и b[i]//////////////////////////
//подсчет угла
x=sqrt(pow(10,0.1)-1);
z=1/x;
y=(log(z+sqrt(z*z+1))/n);
cout<<"Угол для подсчета коэффициентов = "<<y<<endl;
//подсчет коэффициентов
cout<<"Коэффициенты :"<<endl;
for(int i=0; i<N; i++)
{
b[i]=1/(cosh(y)*cosh(y)-cos((2*(i+1)-1)*M_PI/(2*n))*cos((2*(i+1)-1)*M_PI/(2*n)));
a[i]=2*b[i]*sinh(y)*cos((2*(i+1)-1)*M_PI/(2*n));
cout<<"a"<<i<<" = "<<a[i]<<" "<<"b"<<i<<" = "<<b[i]<<endl;
}
///////////////Подсчет добротности////////////////////////////////
cout<<"Массив добротностей: ";
for(i=0; i<N; i++)
{
Q[i]=sqrt(b[i]/(a[i]*a[i]));
cout<<Q[i]<<" ";
}
Qmax=Q[2]; //Для моего конкретного случая это максимальное полученное значение
cout<<endl<<"Добротность равна Q = "<<Qmax<<endl;
///////////////ВЫБОР НОМИНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ/////////////////////////
// для C2
C2=10/float(230);
cout<<"Приблизительное С2 = "<<C2<<" мкФ"<<endl;
C2=0.0442;
cout<<"Выбранное значение С2 = "<<C2<<" мкФ"<<endl;
//для С1
cout<<"Ограничения для C1: ";
for(i=0; i<N; i++)
{
C1[i]=(a[i]*a[i]*C2)/(4*b[i]);
cout<<C1[i]<<i<<" мкФ ";
}
cout<<endl;
//установка выбранных значений для массива С1
C1[0]=0.0187;
C1[1]=0.00226;
C1[2]=0.000169;
cout<<"Выбранные значение для С1: "<<endl;
for(i=0; i<N; i++) cout<<"C1"<<i+1<<" = "<<C1[i]<<" мкФ ";
cout<<endl;
//расчет R1[i] и R2[i]
cout<<"Приблизительные значения R1 и R2: "<<endl;
for(i=0; i<N; i++)
{
R1[i]=((a[i]*C2+sqrt((a[i]*a[i])*(C2*C2)-4*b[i]*C1[i]*C2))/(2*W_c*C1[i]*C2))*pow(10,6);
R2[i]=((a[i]*C2-sqrt((a[i]*a[i])*(C2*C2)-4*b[i]*C1[i]*C2))/(2*W_c*C1[i]*C2))*pow(10,6);
cout<<"R1"<<i+1<<" = "<<R1[i]<<" Ом "<<"R2"<<i+1<<" = "<<R2[i]<<" Ом"<<endl;
}
//установка выбранных значений для массива С1
R1[0]=82; R2[0]=62;
R1[1]=105; R2[1]=82;
R1[2]=287; R2[2]=215;
cout<<"Выбранные значение для R1 и R2: "<<endl;
for(i=0; i<N; i++)
cout<<"R1"<<i+1<<" = "<<R1[i]<<" кОм "<<"R2"<<i+1<<" = "<<R2[i]<<" кОм"<<endl;
getchar();
}
Размещено на Allbest.ru
...

Подобные документы

  • Разработка активного фильтра верхних частот на операционном усилителе: расчет, анализ, математическое и схемотехническое моделирование. Технологичность фильтра, определение отклонений характеристик при случайном разбросе номиналов электрорадиоэлементов.

    курсовая работа [3,4 M], добавлен 21.03.2013

  • Характеристика фильтра низких частот. Фильтр Баттерворта, Чебышева и Бесселя. Определение порядка фильтра и количества звеньев. Структурная схема фильтра низких частот каскадного типа восьмого порядка. Основные номиналы элементов для четвертого звена.

    контрольная работа [172,8 K], добавлен 29.05.2012

  • Применение схемы фильтра второго порядка Саллена-Ки при реализации фильтров нижних частот, верхних частот и полосовых. Возможность раздельной регулировки добротности полюсов и частот среза как главное достоинство звеньев фильтров по заданной схеме.

    реферат [614,8 K], добавлен 21.08.2015

  • Синтез схемы полосового фильтра на интегральном операционном усилителе с многопетлевой обратной связью. Анализ амплитудно-частотной характеристики полученного устройства, формирование виртуальной модели фильтра и определение электрических параметров.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.08.2010

  • Разработка активного фильтра низких частот каскадного типа. Свойства звеньев фильтра, понятие добротности полюсов его передаточной функции. Передаточные характеристики звеньев фильтра Чебышева. Выбор операционного усилителя и подбор сопротивлений.

    курсовая работа [345,3 K], добавлен 05.11.2011

  • Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания. Частотно-избирательные электрические цепи, содержащие активные элементы. Обоснование состава элементов устройства и разработка принципиальной схемы. Принципиальная схема активного полосового фильтра.

    курсовая работа [163,3 K], добавлен 23.06.2012

  • Особенности разработки фильтра высокой частоты второго порядка с аппроксимацией полиномом Чебышева. Расчет основных компонентов схемы активного фильтра, их выбор и обоснование целесообразности. Общая характеристика методики настройки и регулировки.

    курсовая работа [376,2 K], добавлен 02.12.2010

  • Разработка фильтра высоких частот с характеристикой Чебышева при неравномерности АЧХ 3 дБ второго порядка. Расчет принципиальной схемы, выбор компонентов. Выбор резисторов и конденсаторов из диапазона стандартных значений. Переходная характеристика схемы.

    контрольная работа [251,1 K], добавлен 10.12.2015

  • Выделение полезной информации из смеси информационного сигнала с помехой. Математическое описание фильтров. Характеристика фильтра Баттерворта и фильтра Чебышева. Формирование шаблона и определение порядка фильтра. Расчет элементов фильтра высоких частот.

    курсовая работа [470,3 K], добавлен 21.06.2014

  • Проект фильтра низких частот в морском исполнении. Электрические и конструкторские расчеты катушки индуктивности, конденсатора. Амплитудно-частотная характеристика фильтра Баттерворта. Эскизная компоновка элементов на плате. Защита от влажности, коррозии.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.06.2016

  • Экспериментальное исследование параметров инвертирующего усилителя на операционном усилителе. Конструктивное исполнение лабораторного макета. Обеспечение устойчивой работы операционного усилителя серии TL072CN. Базовая схема и параметры усилителя.

    курсовая работа [266,7 K], добавлен 14.07.2012

  • Разработка активного электрического фильтра Баттерворта 6-го порядка на основе идеального операционного усилителя (ОУ). Изучение проектирования фильтров при использовании современных методов расчета – программы Microcap. Построение АЧХ и ФЧХ фильтра.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 31.05.2010

  • Аналитическое выражение передаточной функции аналогового фильтра. Построение структурной схемы реализации цифрового фильтра прямым и каноническим способами. Определение реализационных характеристик фильтра. Проверка коэффициентов передаточной функции.

    курсовая работа [604,4 K], добавлен 24.10.2012

  • Разработка структурной и принципиальной схемы. Анализ и расчет фильтра низких частот, режекторного фильтра и предварительного усилителя (неинвертирующего). Расчет усилителя мощности и блока питания (трансформатора и стабилизатора). Интерфейсная часть.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 22.12.2012

  • Характеристика активных фильтров, требования, предъявляемые к ним. Разработка принципиальной схемы полосового фильтра. Анализ технического задания и синтез схемы устройства. Реализация фильтра Баттерворта. Выбор элементов схемы и операционного усилителя.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2015

  • Расчет цифрового и аналогового фильтра-прототипа. Структурные схемы и реализационные характеристики фильтра. Синтез цифрового фильтра в системе программирования MATLAB. Частотные и импульсные характеристики цифрового фильтра, карта его нулей и полюсов.

    курсовая работа [564,8 K], добавлен 24.10.2012

  • Выбор схемы и расчет ее элементов, расчет и построение графика идеальной амплитудно-частотной характеристики. Расчет и анализ матрицы чувствительности, выбор настроечных элементов, корректировка схемы и спецификации, составление инструкции по настройке.

    реферат [106,3 K], добавлен 24.01.2014

  • Способы решения задач синтеза. Этапы расчета элементов фильтра нижних частот. Определение схемы заданного типа фильтра с минимальным числом индуктивных элементов. Особенности расчета фильтр нижних частот Чебышева 5-го порядка с частотой среза 118 кГц.

    контрольная работа [525,0 K], добавлен 29.06.2014

  • Проектирование схемы LC-фильтра. Определение передаточной функции фильтра и характеристики его ослабления. Моделирование фильтра на ПК. Составление программы и исчисление параметров элементов ARC-фильтра путем каскадно-развязанного соединения звеньев.

    курсовая работа [824,9 K], добавлен 12.12.2010

  • Структурная и принципиальная схемы усилителя для фоторезистора. Проектирование входного устройства. Расчет масштабирующего усилителя, блока регулировки, усилителя мощности. Разработка фильтра нижних частот, режекторного фильтра, источника питания.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 10.12.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.