Разработка эквивалентных и принципиальных схем электрического фильтра и усилителя напряжения

г) анализ прохождения “сигнала” генератора через электрический фильтр и усилитель.

Рассмотрим “общие принципы” решения перечисленных задач, а конкретные расчеты будут приведены в разделах 25.

1.2 Общие принципы проектирования электрического фильтра

Электрические фильтры – это линейные или “квазилинейные” четырех

полюсники, многополюсники, имеющие частотнозависимые коэффициенты передачи по мощности (), по напряжению (), по току

(). Вместо безразмерных коэффициентов передачи при анализе и синтезе фильтров широко применяется ослабление () в децибелах:

,

где , , - модули коэффициентов передачи.

Диапазон частот, где близок к “1”, а ослабление “” близко к нулю, называется полосой пропускания. А там, где близок к “0”, а ослабление “” составляет несколько десятков децибел – находится полоса задерживания (ослабление затухания). Между ПП и ПЗ находится “переходная” полоса частот. По расположению полосы пропускания в частотном диапазоне, электрические фильтры называют:

ФНЧ – фильтр нижних частот;

ФВЧ – фильтр верхних частот;

ПФ – полосовой фильтр;

РФ – режекторный фильтр.

На рис. 2 а, б, в, г и рис. 3 а, б, в, г приведены примеры графических требований к модулю коэффициента передачи полной мощности () и ослаблению (а) для фильтра нижних частот (ФНЧ), фильтра верхних частот (ФВЧ), полосового фильтра (ПФ) и режекторного фильтра (РФ), соответственно.

Кр Кр Кр Кр

1 1 1 1

П ПЗ ПП ПЗ ПЗ П П ПЗ ПП ПЗ ПП

0,5 0,5 0,5 0,5

0 f2 f3 f 0 f3 f2 f3н f2н f0 f2в f3в f2н f3н f0 f3в f2в

а) ФНЧ б) ФВЧ в) ПФ г) РФ

Рис. 2

а, дБ а, дБ а, дБ а, дБ

40 40 40 40

агар агар агар агар агар агар

20 20 20 20

Dа Dа Dа Dа

0 f2 f3 0 f3 f2 0 f3н f2н f0 f2в f3в 0 f2н f3н f0 f3в f2в

а) ФНЧ б) ФВЧ в) ПФ г) РФ

Рис. 3

На рис. 2 и рис. 3 обозначено:

ПП, ПЗ - полоса пропускания и полоса задерживания, соответственно;

f2 (f2Н, f2В) - граничная частота полосы пропускания фильтра;

f3 (f3Н, f3В) - граничная частота полосы задерживания фильтра;

f0 - средняя частота фильтра (для ПФ и РФ);

Кр - модуль коэффициента передачи полной мощности;

Dа – ослабление фильтра в полосе пропускания, (не более);

агар- ослабление фильтра в полосе задерживания, (не менее);

Кроме того, для электрических фильтров приняты обозначения:

(f2В - f2Н) = 2Δfпп - полоса пропускания;

(f3В - f3Н) = 2Δfп3 - полоса задерживания;

f3 / f2 = Кпр - коэффициент прямоугольности ФНЧ, ФВЧ;

2Δfп3 / 2Δfпп = Кпр - коэффициент прямоугольности ПФ, РФ.

На рисунках 4 а, б, в, г, для примера, показаны схемы простых фильтров «Г-типа»:

Рис. 4

На рисунке 4, естественно, не показаны “резисторы внешних цепей”, с которыми согласован по мощности фильтр. Принцип “фильтрации” заключается в следующем. В полосе пропускания, вблизи резонансных частот, фильтр согласован с внешними “цепями” и в нагрузку передается максимальная мощность. В полосе задерживания согласование ухудшается, ослабление увеличивается.

Реальный электрический фильтр может быть выполнен на различных радиокомпонентах: “катушках и конденсаторах”, “волноводах”, “акустоэлектронных”. В принципе, можно пользоваться справочниками по расчету фильтров на вполне определенных радиокомпонентах. Однако более универсальным является следующий метод: вначале разрабатывается эквивалентная схема на идеальных LC-элементах, а затем в любые реальные, т.е. получается схема электрическая принципиальная наиболее прост перерасчет “конденсаторам и катушкам индуктивности”, т.к. “вид” схемы не меняется.

Но и при таком “универсальном подходе” возможны следующие способы синтеза эквивалентной схемы:

а) синтез в согласованном режиме из одинаковых Г-образных звеньев (синтез по “характеристическим” параметрам, синтез фильтр типа “К”) [1].

Достоинство этого способа: простые расчетные формулы; рассчитанное ослабление в полосе пропускания () считается равным нулю.

Недостаток: в реальных фильтров согласования во всей полосе пропускания получить невозможно и 0 (достигает трех децибел).

б) полиномиальный синтез (синтез по рабочим параметрам, синтез “по справочникам ФНЧ”. “Предлагается” схема ФНЧ, учитывающая несогласования. ФНЧ легко пересчитываются в ФВЧ, в ПФ, в РФ.

Недостаток: необходимость использования справочников или специальных программных средств [2].

в) синтез по импульсным или переходным характеристикам применяется при синтезе цифровых фильтров.

Учитывая заданные требования в курсовой работе, общий объем работы, выберем для последующего синтеза метод синтеза по характеристическим параметрам.

1.3 Общие принципы проектирования усилителя напряжения

Аналоговый усилитель напряжения может быть разработан на интегральных микросхемах различного типа, на полевых транзисторах, на биполярных транзисторах (корпусных или бескорпусных). Учитывая небольшое значение требуемого коэффициента усиления по напряжению достаточно одного каскада усиления.

Выберем вариант с корпусным биполярным транзистором, как более дешевый. Учтем также, что можно применить только схему “с общим эмиттером”, без дополнительных усложнений, т.к. она обеспечивает и требуемое усиление, и согласование, в соответствии с величинами сопротивлений, указанным в задании. Схема “с общим коллектором” не усиливает напряжение, а схема “с общей базой” имеет маленькое входное сопротивление (десятки “Ом”), что не соответствует заданию.

 Скачать реферат