Расчет и анализ фильтров лестничной структуры

Третий этап - схемная реализация выбранной на втором этапе передаточной функции. Решение этой задачи для основных типов фильтров (Баттерворта, Чебышева, эллиптических), реализуемых как в виде пассивных LC - схем, так и в виде активных четырехполюсников на базе операционных усилителей (ОУ), схваченных обратной связью, доведено до обширных таблиц и графиков. Тем самым в инженерных приложениях вто

рой и третий этапы сводятся к выбору типа фильтра (вида аппроксимирующей функции) и определению по таблицам и графикам соответствующих коэффициентов передаточной функции, определяющих в конечном итоге параметры элементов фильтра.

Четвертый этап - анализ фильтра, то есть исследование его характеристик на соответствие требуемым допускам, чувствительности к изменению параметров схемы, возможностям настройки и т.п.

Сначала такой анализ выполняется при номинальных значениях параметров, чтобы проверить правильность расчетов, произведенных на втором и третьем этапах. Затем учитываются погрешности элементов. Необходимость этого объясняется следующими причинами. При изготовлении спроектированного фильтра невозможно абсолютно точно подобрать его элементы. Разброс параметров реальных резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности обычно находится в пределах нескольких процентов. В связи с этим анализ должен дать ответ на вопрос о допустимом разбросе параметров элементов фильтра, при котором еще выполняется техническое задание на проектирование

Кроме того, в процессе эксплуатации неизбежно изменение параметров элементов фильтра за счет старения, изменения климатических условий и т.п. Анализ позволяет учесть и этот фактор и принять соответствующие меры лоя стабилизации характеристик фильтра.

При достаточно большом числе элементов фильтра такой анализ выполнить вручную весьма сложно, а порой и просто невозможно (например, при попытках учесть случайный характер ухода параметров элементов). Поэтому эти расчеты и моделирование выполняют на ЦВМ.

На следующей стадии проектирования осуществляется сравнение технических требований с характеристиками, рассчитанными на этапе анализа. Если требование не выполняется, необходимо изменить параметры фильтра, выбрать другой, или снизить требования к характеристикам и повторить расчеты

После получения удовлетворительных характеристик переходят к этапу экспериментальных работ.

2. Расчетная часть

2.1 Нормировка параметров

,

, DA= - 10 lg (1-r2) =0,021332737

2.2 Выбор порядка фильтра*

По графику выбираем порядок фильтра: n=6

2.3 Параметры нормированного прототипа ФНЧ

Аs = 25,6 дб; Ws = 1,145175005

Так выглядит схема фильтра низких частот:

2.4 Преобразование ФНЧ®ФВЧ

Т.е. получаем:

(емкости выражены в пФ, а индуктивности в мкГн)

Ниже приведена схема исследования полученного фильтра верхних частот (схема в программе Micro-Cap Evaluation 6.0):

2.5 АЧХ и ФЧХ фильтра

Расчет АЧХ и ФЧХ фильтра проводился при помощи программы Micro-Cap Evaluation 6.0. К ветвям цепи, содержащим индуктивности, параллельно были подключены высокоомные резисторы (100 МОм). Зависимости представлены в порядке: АЧХ, затем ФЧХ.

Изменяя емкости в интервале ±dС=0,5%, получим:

Изменяя индуктивности в интервале ±dL=0,5%, получим:

Заключение

В результате проведенного анализа можно сделать вывод, что полученная нами схема ФВЧ сохраняет необходимые свойства (гарантированное затухание в полосе подавления (А=25 дБ)) при неизменных параметрах (индуктивностей и емкостей) схемы и в пределах их разброса на ± 0.5%. При данном изменении параметров незначительно меняются значения затухания при некоторых частотах и происходят несущественные сдвиги по частоте. В итоге работы были приобретены навыки и умения в расчете и анализе фильтров лестничной структуры, а так же знакомство с программой Micro-Cap Evaluation 6.0, позволяющая легко производить подобный анализ.

Список использованной литературы

1. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров: Пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1983. -752с., ил.

2. Ханзел Г.Е. Справочник по расчету фильтров. США, 1969. Пер. с англ., под ред. А.Е. Знаменского. М., "Сов. радио", 1974.

3. Медичка по Micro-Cap Evaluation 6.0.

Все измерения, в том числе и выбор порядка фильтра, производились по: Зааль Р. Справочник по расчету фильтров: Пер. с нем. – М.: Радио и связь, 1983. –752с.,ил. Диаграмма для оценки порядка эллиптических фильтров нижних частот – стр.25.

Параметры нормированного ФНЧ прототипа взяты из таблицы С0608с на стр. 259.

 Скачать реферат