1 Аппроксимация по Баттерворту

В программе Multisim 11.0 выбираем инструмент «Создатель фильтров» («Инструментарий» > «Создатель схем» > «Создатель фильтров»).

Вводим данные согласно заданию, нажимаем кнопку «Проверить», надпись «Расчет произведен успешно» говорит о том, что характеристики фильтра введены корректно (рисунок 1), далее нажимаем кнопку «Создать» для синтеза схемы данного фильтра.

Рисунок 1 Создатель фильтров

Создатель фильтров закрылся, а схема фильтра изображена в окне программы (рисунок 2).

Рисунок 2 Начальная схема ФВЧ

Компоненты данного ФВЧ:

- конденсатор С1=4,255 нФ;

- конденсатор С2=10,27 нФ;

- индуктивность L1=16,05 мГн;

- индуктивность L2=6,649 мГн.

Преобразуем схему, что бы можно было заменить её подсхемой:

- Удаляем источник питания, сопротивления нагрузки и источника, нулевую точку;

- Добавляем выводы подсхемы («Вставить» > «Соединитель» > «Вывод иерархического блока/подсхемы»).

Получаем схему (рисунок 3), выделяем элементы, заменяем их подсхемой (рисунок 4), на основе которой строим схему для измерения характеристик фильтра.

Рисунок 3 Компоненты ФВЧ

Рисунок 4 Подсхема - ФВЧ по Баттерворту

Составляем электрическую схему (рисунок 5) добавив источник питания, сопротивление источника, сопротивление нагрузки, два плоттера Боде, осциллограф, два амперметра и два вольтметра.

Рисунок 5 Схема для проверки частотных характеристик фильтра

1.1 Проверка частотных характеристик фильтра

1.1.1 Частота 1000 Гц

В свойствах источника питания выставляем частоту 1000 Гц.

Включаем моделирование, показания приборов изменились (рисунок 6). Амперметр и вольтметр со стороны нагрузки (R2) имеют показания во много раз ниже значений на приборах со стороны источника питания, значит фильтр не пропускает частоты в ПЗ.

Показания плоттера Боде XBP1 (рисунок 7) отображают зависимость рабочего ослабления от частоты тока источника питания, при частоте 1000 Гц затухание составляет 80,911 дБ, что соответствует требованиям минимального рабочего ослабления в ПЗ (Amin=31 дБ).

Показания осциллографа (рисунок 9) и приборов (рисунок 6), подтверждают правильность работы фильтра. При напряжении со стороны источника (канал А), напряжение после фильтра (канал В) значительно ниже (рисунок 9).

Рисунок 6 Показания приборов на схеме при частоте 1000 Гц

Рисунок 7 Показание плоттера Боде - рабочее ослабление при частоте 1000 Гц

Рисунок 8 Показание плоттера Боде - фаза при частоте 1000 Гц

Рисунок 9 Показание осциллографа при частоте 1000 Гц

1.1.2 Частота 25000 Гц

В свойствах источника питания выставляем частоту 25000 Гц, эта частота является граничной частой для ПП. Показания приборов (рисунок 10) и показания осциллографа (рисунок 13) отображают состояние цепи при котором фильтр пропускает частоту - токи и напряжение на входе и выходе фильтра сопоставимы:

- Ток на входе 0,039A, на выходе 0,039A (рисунок 10).

- Напряжение на входе 52.475В, на выходе 49.308В (рисунок 10).

Показания плоттера Боде XBP1 (рисунок 11) отображают значение соответствующее требованиям задания - рабочее ослабление на частоте 25000Гц примерно равно 0,578 дБ.

Рисунок 10 Показания приборов на схеме при частоте 25000 Гц

Рисунок 11 Показание плоттера Боде - рабочее ослабление при частоте 25000 Гц

Рисунок 12 Показание при частоте 25000 Гц

Рисунок 13 Показание осциллографа при частоте 25000 Гц

2. Аппроксимация по Чебышеву

В программе Multisim 11.0 выбираем инструмент «Создатель фильтров» («Инструментарий» > «Создатель схем» > «Создатель фильтров»).

Вводим данные согласно заданию, нажимаем кнопку «Проверить», надпись «Расчет произведен успешно» говорит о том, что характеристики фильтра введены корректно (рисунок 14), далее нажимаем кнопку «Создать» для синтеза схемы данного фильтра.

Рисунок 14 Создатель фильтров

Создатель фильтров закрылся, а схема фильтра изображена в окне программы (рисунок 15).

Рисунок 15 Начальная схема ФВЧ

Компоненты данного ФВЧ:

конденсатор С1=8.067 нФ;

индуктивность L1=4.381 мГн;

индуктивность L2=4.381 мГн.

Преобразуем схему, что бы можно было заменить её подсхемой:

- Удаляем источник питания, сопротивления нагрузки и источника, нулевую точку;

- Добавляем выводы подсхемы («Вставить» > «Соединитель» > «Вывод иерархического блока/подсхемы»).

Получаем схему (рисунок 16), выделяем элементы, заменяем их подсхемой (рисунок 17), на основе которой строим схему для измерения характеристик фильтра.

Рисунок 16 Компоненты ФВЧ

Рисунок 17 Подсхема - ФВЧ по Чебышеву

Составляем электрическую схему (рисунок 18), добавив источник питания, сопротивление источника, сопротивление нагрузки, два плоттера Боде, осциллограф, два амперметра и два вольтметра.

Рисунок 18 Схема для проверки частотных характеристик фильтра

2.1 Проверка частотных характеристик фильтра

фильтр multisim частотный чебышев

2.1.1 Частота 1000 Гц

В свойствах источника питания выставляем частоту 1000 Гц.

Включаем моделирование, показания приборов изменились (рисунок 19). Амперметр и вольтметр со стороны нагрузки (R3) имеют показания во много раз ниже значений на приборах со стороны источника питания, значит, фильтр не пропускает частоты в ПЗ.

Показания плоттера Боде XBP1 (рисунок 20) отображают зависимость рабочего ослабления от частоты тока источника питания, при частоте 1000 Гц затухание составляет 57.097 дБ, что соответствует требованиям минимального рабочего ослабления в ПЗ (Amin=31 дБ).

Показания осциллографа (рисунок 22) и приборов (рисунок 19), подтверждают правильность работы фильтра. При напряжении со стороны источника (канал А), напряжение после фильтра (канал В) значительно ниже (рисунок 19).

Рисунок 19 Показания приборов на схеме при частоте 1000 Гц

Рисунок 20 Показание плоттера Боде - рабочее ослабление при частоте 1000 Гц

Рисунок 21 Показание плоттера Боде -фаза при частоте 1000 Гц

Рисунок 22 Показание осциллографа при частоте 1000 Гц

2.1.2 Частота 25000 Гц

В свойствах источника питания выставляем частоту 25000 Гц, эта частота является граничной частой для ПП. Показания приборов (рисунок 23) и показания осциллографа (рисунок 26) отображают состояние цепи, при котором фильтр пропускает частоту - токи и напряжение на входе и выходе фильтра сопоставимы:

- ток на входе 0,057 A, на выходе 0,036 A (рисунок 23);

- напряжение на входе - 28,590 мВ, на выходе 45,079 µВ (рисунок 23).

Показания плоттера БодеXBP1 (рисунок 24) отображают значение соответствующее требованиям задания - рабочее ослабление на частоте 25000Гц примерно равно - 3,927 дБ.

Рисунок 23 Показания приборов на схеме при частоте 25000 Гц

Рисунок 24 Показание плоттера Боде - рабочее ослабление при частоте 25000 Гц

Рисунок 25 Показание плоттера Боде -фаза при частоте 25000 Гц

Рисунок 26 Показание осциллографа при частоте 25000 Гц

Заключение

В данной работе рассматривается синтез двусторонних нагруженных фильтров на активные сопротивления лестничных реактивных фильтров.

Частотные электрические фильтры - пассивные четырехполюсники, предназначенные для пропускания определенной полосы частот с возможно малым затуханием. В остальном диапазон частот затухания велик.

Диапазон часто с малым затуханием называется полосой пропускания, а диапазон с большим затуханием - полосовой задержания.

Задачей синтеза электрического фильтра является реализация схемы фильтра, содержащей минимально возможное число элементов, которая удовлетворяла бы заданным техническим требованием.

Метод синтеза по рабочим параметрам позволяет получить электрический фильтр с меньшим числом элементов, чем расчет по характеристическим параметрам.

Для создания фильтров используется программа Multisim 11.0 в которой подробно были созданы структурные и принципиальные схемы, а также показаны осциллограммы работы высокочастотного фильтра. Исходя из полученных графиков и значений можно сделать вывод что фильтр работает правильно.

Список используемой литературы

1. Атабеков Г.Н. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1978.

2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей.- М.: Энергия, 1989.

3. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. Схемы, боки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 258 с., ил.

4. Справочная документация по программе «Multisim 11.0» (National Instruments: Circuit Design Suite 11.0)

Размещено на Allbest.ru