Проектирование устройств фильтрации (стр. 6 из 6)

Решим систему (4.16) для четвёртого каскада второго порядка. Для этого необходимо задать R10, R11 следующим образом:

Таким образом, определим вид принципиальной схемы (приложение А).

Определив элементы принципиальной схемы фильтра, рассчитаем АЧХ данного фильтра непосредственно через значение элементов.

В выражение передаточной функции для каждого каскада фильтрации подставим коэффициенты с учётом выражений для сопротивлений и ёмкостей.

Построим амплитудно-частотную характеристику:

Рис.5.1 АЧХ ПФ

Сравним АЧФ, полученную через значения элементов цепи и денормированную АЧХ. Так как эти характеристики совпадают, то можно сделать вывод, что элементы цепи рассчитаны верно.

7 МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРА НА СХЕМАТЕХНИЧЕСКОМ УРОВНЕ В СИСТЕМЕ ELECTRONICWORKBENCH В ЧАСТОТНОЙ И ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТЯХ (ИЗМЕРЕНИЕ АЧХ, ФЧХ, ЧРЗ, ИХ, ПХ)

Программа «ElectronicWorkbench» предназначена для синтеза и анализа дискретных и аналоговых схем на основе стандартных компонентов, входящих в базовый набор программы, используются также при применении созданных пользователем блоков.

Соберем в Electronics Workbench принципиальную схему, определенную приложением А. Зададим в схеме рассчитанные в разделе 6 номиналы элементов.

К схеме подключим функциональный генератор, осциллограф и измеритель частотных характеристик. Принципиальная схема, позволяющая осуществить измерение перечисленных характеристик, изображена на рисунке 7.1. В функциональном генераторе зададим периодическую последовательность прямоугольных видеоимпульсов частотой следования 100 Гц и амплитудой 100 мВ.

Рисунок 7.1 Электрическая схема системы фильтрации

С помощью измерителя частотных характеристик измерим АЧХ, ФЧХ и ХРЗ.

Рисунок 7.2 АЧХ ПФ

Рисунок 7.3 ФЧХ ПФ

Рисунок 7.4 ХРЗ ПФ

Для измерения импульсной характеристики ввиду невозможности физического моделирования идеального импульсного воздействия зададим скважность входной последовательности видеоимпульсов, равную 1%.

Рисунок 7.5 Импульсная характеристика ПФ

Для измерения переходной характеристики зададим скважность входной последовательности видеоимпульсов, равную 90 %.

Рисунок 7.6 Переходная характеристика ПФ

Измеренные характеристики схожи с характеристиками, построенными в разделе 5 (рисунки 5.8-5.10, 5.12-5.13). Следовательно, можно сделать вывод о корректном проектировании устройства фильтрации на функциональном и схемотехническом уровнях.

8 ИЗМЕРЕНИЕ АЧХ ФИЛЬТРА В СИСТЕМЕ ELECTRONICWORKBENCHС ПОМОЩЬЮ ЛЧМ СИГНАЛА

У сигналов с линейной частотной модуляцией частота колебания изменяется не по гармоническому, а по линейному закону. При прохождении через линейное звено помимо модуляции частоты по линейному закону они дополнительно приобретают амплитудную модуляцию. Поэтому огибающая ЛЧМ сигнала изменяется по закону амплитудно-частотной характеристики линейного звена.

Соберем схему генератора ЛЧМ сигнала, состоящую из генератора сигнала синусоидальной формы, управляемого напряжением, генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к управляющему входу генератора сигнала синусоидальной формы. В качестве генератора линейно изменяющегося напряжения используем генератор напряжения пилообразной формы, управляемый напряжением, к управляющему входу которого подключен источник постоянного напряжения.

Сформированный ЛЧМ сигнал подадим на вход фильтра, сигнал от генератора пилообразного напряжения – на вход синхронизации осциллографа. Принципиальная схема для измерения АЧХ ПФ с помощью ЛЧМ-сигнала приведена на рисунке 7.1.

Рисунок 8.1 Принципиальная схема для измерения АЧХ ПФ с помощью ЛЧМ-сигнала

Рассмотрим ЛЧМ-сигнал на входе и выходе ФНЧ

Рисунок 8.2 – ЛЧМ-сигнал на входе и выходе ПФ

Из рисунка 8.2 видно, что огибающая выходного сигнала соответствует форме амплитудно-частотной характеристики проектируемого ПФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе спроектирован полосовой фильтр восьмого порядка с аппроксимацией Чебышева. В качестве схемной реализации использовано четыре звена структуры Рауха. Данный фильтр обладает хорошей стабильностью характеристик и низким выходным полным сопротивлением, однако невозможно достичь высокого значения добротности Q без значительного разброса значений элементов и высокой чувствительности к их изменению. Таким образом, его можно сразу соединять каскадно с другими звеньями для реализации фильтра более высокого порядка.

В данной курсовой работе было рассмотрено моделирование фильтра на функциональном уровне и были определены его характеристики во временной и частотной областях, которые соответствуют теоретическим сведеньям о фильтрах. В результате моделирования на схемотехническом уровне были сняты рассчитанные характеристики с помощью измерительных приборов и отмечено их соответствие техническим требования. Кроме того была возможность убедится в правильности вывода операторной функции и расчете электрических элементов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Chip-news [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.chip-news.ru/archive/chipnews/200810/Article_05.pdf

2 Window.edu [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=42321&p_page=4

3 Лэм, Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация./Г.Лэм. - Москва: Мир, 1982-589 с.

4 Dspsystem [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.dspsystem.narod.ru/content/filters/ch2/ch2.html

5 Антонью, А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование./А.Антонью - Пер. с англ.-М.: Радио и связь.1983.-320 с.