ФВЧ - фильтр высоких частот (стр. 1 из 3)
Министерство образования и науки Украины
Черниговский государственный технологический университет
Кафедра промышленной электроники
Курсовая работа
по дисциплине
"Моделирование электронных схем"
на тему: "ФВЧ – фильтр высоких частот"
Чернигов ЧГТУ 2010
Содержание
Лист цели и задания
Спецчасть
1. Составление эквивалентной схемы замещения для работы на средних частотах при малом сигнале
2. Составление эквивалентной схемы замещения для работы на средних частотах при большом сигнале
3. Построение АЧХ и ФЧХ для коэффициента усиления по напряжению
4. Построение АЧХ и ФЧХ входной проводимости
5. Влияние номиналов элементов на параметры схемы
6. Составление полного и сокращённого унисторного графа схемы
7. Получение выражения для коэффициента усиления по напряжению и входной проводимости
Выводы
Список использованной литературы
Приложение
сигнал частота напряжение проводимость
Лист цели и задания
Цель выполнения курсовой работы:
- закрепление и углубление полученных студентами на лекциях и лабораторных занятиях знаний;
- получение навыков моделирования реальных электронных схем с помощью стандартных пакетов и расчёта их характеристик;
- получение навыков составления моделей электронных схем разными методами для разных режимов работы.
Задание на курсовую работу
Получив индивидуальное задание, то есть схему электрическую принципиальную, которая имеет не меньше двух активных элементов, студент должен выполнить следующие обязательные пункты задания:
- заменить нестандартные номиналы пассивных элементов номиналами стандартных рядов для конденсаторов и резисторов;
- в случае отсутствия в библиотеках программ моделирования активных компонентов заданных транзисторов и операционных усилителей заменить их существующими аналогами;
- составить эквивалентную схему замещения заданной схемы для работы на средних частотах при малом сигнале;
- составить эквивалентную схему замещения заданной схемы для работы на средних частотах при большом сигнале;
- построить амплитудно-частотную (АЧХ) и фазочастотную (ФЧХ) характеристики для коэффициентов усиления по напряжению схемы;
- построить АЧХ и ФЧХ входного сопротивления схемы;
- рассмотреть влияние параметров схемы на АЧХ и ФЧХ коэффициента усиления по напряжению;
- составить полный и сокращённый унисторный граф для схемы;
- получить выражение для коэффициента усиления по напряжению и входной проводимости;
- сделать выводы по работе.
Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная ФВЧ
Параметры схемы:
R1 = 43 кОм; R3 = 6,8 кОм; C1 = 2 нФ; DA1 – 1407УД1;
R2 = 6,2 кОм; R4 = 71,4 кОм; C2 = 2 нФ.
Заменим номиналы элементов на стандартные из ряда Е24, а так же подберём аналог операционного усилителя:
R1 = 43 кОм; R3 = 6,8 кОм; C1 = 2 нФ; ЕК41;
R2 = 6,2 кОм; R4 = 68 кОм; C2 = 2 нФ.
Аналогом операционного усилителя (ОУ) 1407УД1 является ЕК41, но, к сожалению, он также отсутствует в программе моделирования. Поэтому заменим наш ОУ на LM324 – аналог К1401УД2А.
Спецчасть
Как было выяснено, данная схема не является фильтром высоких частот, так как неправильно включён ОУ. Поэтому поменяем входы ОУ на противоположные для правильного функционирования схемы.
В результате получим следующую схему:
Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная ФВЧ
1. Составление эквивалентной схемы замещения для работы на средних частотах при малом сигнале
Модели пассивных компонентов остаются без изменений для данного диапазона частот. Модель операционного усилителя выделена пунктиром (рис. 1.1).
Рисунок 1.1 – Эквивалентная схема замещения для средних частот при малом сигнале
Здесь
.Определим параметры модели, что заключается в определении параметров ОУ.
Входное сопротивление и коэффициент усиления ОУ берём из справочника (дополнение А):
МОм; 
Выходное сопротивление рассчитаем как отношение максимального выходного напряжения к максимальному выходному току:
кОм.Получили достаточно большое сопротивление. У нормальных ОУ оно составляет десятки – сотни Ом. Но, как говорится, имеем, что имеем.
2. Составление эквивалентной схемы замещения для работы на средних частотах при большом сигнале
Модели пассивных компонентов остаются без изменений для данного диапазона частот. Модель операционного усилителя выделена пунктиром (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 – Эквивалентная схема замещения для средних частот при большом сигнале
Определим параметры модели:
Входное и выходное сопротивления аналогично предыдущему.
Задаёмся номиналом R11. Пускай будет 100 кОм, дабы не перегружать второй блок.
Рассчитываем значение ω1:
рад.Рассчитываем значение С11:
нФ.Рассчитываем Im:
мА.Рассчитываем φ:
Характеристики нелинейного сопротивления R0 и источника тока І11 приведены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Характеристика нелинейного сопротивления R0 (a) и нелинейного источника І11 (б)
Как видно, в схеме замещения ОУ для большого сигнала отсутствует четвёртый блок, который моделирует точки перегиба АЧХ на высоких частотах. Это связано с тем, что наша схема не будет работать на частотах, при которых коэффициент усиления ОУ меньше единицы. Далее будет видно по АЧХ, что верхняя частота данного фильтра составляет около 114 кГц.
3. Построение АЧХ и ФЧХ для коэффициента усиления по напряжению
Для снятия АЧХ и ФЧХ фильтра соберём в программе PSpiceSchematics следующую схему:
Рисунок 3.1 – Схема для снятия АЧХ фильтра
Установим на выходе генератора VSIN напряжение амплитудой 1 В, а на выход фильтра – маркер Voltage/Level для получения АЧХ или Phase of Voltage для получения ФЧХ. Получим следующие частотные характеристики.
Рисунок 3.2 – АЧХ фильтра (при частоте от 0 до 1 МГц)
Рисунок 3.3 – ФЧХ фильтра (при частоте от 0 до 1 МГц)
Как видим по АЧХ, этот фильтр имеет полосу пропускания в диапазоне, приблизительно, от 0 до 120 кГц, поэтому снимем частотные характеристики ещё раз на этом участке.
Рисунок 3.4 – АЧХ фильтра (при частоте от 0 до 120 кГц)
Определим параметры фильтра.
Полоса пропускания:
кГц; 
кГц.Максимальный коэффициент усиления по напряжению:
Рисунок 3.5 – ФЧХ фильтра (при частоте от 0 до 120 кГц)
4. Построение АЧХ и ФЧХ входной проводимости
Для получения АЧХ входной проводимости на вход установим датчик тока (резистор R_dat_I на рис. 4.1) и снимем падение напряжения на нём, которое будет равно входному току. Так как амплитуда генератора 1 В, то получим сразу выражение для входной проводимости в См.
Для получения ФЧХ входной проводимости поставим маркер Phase of Voltage сразу после датчика тока.
АЧХ и ФЧХ входной проводимости на рис. 4.2 и 4.3 соответственно.
Рисунок 4.1 – Схема для получения АЧХ входной проводимости
Рисунок 4.2 – АЧХ входной проводимости
Рисунок 4.3 – ФЧХ входной проводимости
5. Влияние номиналов элементов на параметры схемы
Рисунок 5.1 – Влияние С1 = С2 на АХЧ
Рисунок 5.2 – Влияние С1 = С2 на ФХЧ
Рисунок 5.3 – Влияние R4 на АЧХ
Рисунок 5.4 – Влияние R4 на ФЧХ
Рисунок 5.5 – Влияние R2 на АЧХ
