Моделирование пассивных и активных фильтров





ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Пользуясь программной средой Electronics Workbench смоделировать: пассивные фильтры низкой частоты (ФНЧ), однозвенные и двухзвенные; пассивные фильтры высокой частоты (ФВЧ), однозвенные и двухзвенные; полосовой и режекторный фильтры (ППФ); активный ФНЧ на ОУ; активный ФВЧ на ОУ; полосовой фильтр активного типа.

С помощью программы FilterLab построить АЧХ и ФЧХ, смоделировать электрические схемы для фильтров Баттерворта и Чебышева.

ХОД РАБОТЫ

1. Параметры элементов однозвенного пассивного ФНЧ рассчитываются, исходя из требуемой частоты среза f0 и принятого волнового сопротивления р. В рассматриваемом примере имеем при f0 = 10 000 Гц и = 8 Ом:

 

мкГн,

мкФ.

 

Рисунок 1 - Пассивный фильтр низкой частоты (ФНЧ), однозвенный.


В случае двухзвенного фильтра по сравнению с однозвенным, удается получить характеристику с более крутым фронтом.

 

Рисунок 2 - Пассивный фильтр низкой частоты (ФНЧ), двухзвенный.

 

2. Параметры элементов однозвенного ФВЧ рассчитываются, исходя из требуемой частоты среза f0 и принятого волнового сопротивления р. В рассматриваемом примере имеем при f0= 300 Гц и = 8 Ом:

 

мкГн,

мкФ.

 

Рисунок 3 - Пассивный фильтр высокой частоты (ФВЧ), однозвенный.


В случае двухзвенного фильтра, по сравнению с однозвенным, удается получить характеристику с более крутым фронтом.

 

Рисунок 4 - Пассивный фильтр высокой частоты (ФВЧ), двухзвенный.

 

3. Параметры элементов двухконтурного полосового фильтра рассчитываются, исходя из центральной частоты фильтра f0. При С = 1000*10-9 Ф и L = 0,25 мкГн имеем:

 

МГц.

 

Далее резонансные частоты контуров раздвигаются, для чего емкость одного увеличивается на 1-2 %, другого - уменьшается. Чем шире должна быть получена полоса пропускания фильтра, тем больше это изменение емкости.

 


Рисунок 5 - Полосовой фильтр.

 

4. Параметры элементов трехконтурного режекторного фильтра, как и в предыдущем случае, рассчитываются исходя из центральной частоты фильтра f0. В рассматриваемом случае центральная частота f0 = 0.32 МГц.

 

Рисунок 6 - Режекторный фильтр.

 

5. Комплексный коэффициент активного ФНЧ 1-го порядка определяется выражением:


 

для модуля коэффициента передачи имеем:

 

 

где Т = R2C2 - постоянная времени фильтра.

 

Рисунок 7 - Активный ФНЧ на ОУ.

 

6. для модуля коэффициента передачи активного ФВЧ имеем

 

 

где Т = R1C1 - постоянная времени фильтра.

 


Рисунок 8 - Активный ФВЧ на ОУ.

 

7. Комплексный коэффициент активного фильтра 2-го порядка определяется выражением:

 

 

Проводимости равны:

 

Y1 = g1 = 1/R1, Y2 = g2 = 1/R2, Y3 = j C3, Y4 = j C4, Y5 = g5 = 1/R5.

 

При данных величинах для модуля комплексного коэффициент передачи равен:

 


Рисунок 9- Полосовой фильтр активного типа.

 

АЧХ и ФЧХ для ФНЧ 1-го порядка Баттерворта и Чебышева:

 

Рисунок 9- АЧХ и ФЧХ.

 

Электрическая схема:

Рисунок 10 - Электрическая схема.


АЧХ и ФЧХ для ФНЧ 2-го порядка Баттерворта и Чебышева:

Рисунок 11- АЧХ и ФЧХ.

 

Электрическая схема:

 

Рисунок 12 - Электрическая схема.

 

8. АЧХ и ФЧХ для ФВЧ 1-го порядка Баттерворта и Чебышева:

Рисунок 13 - АЧХ и ФЧХ.


Рисунок 14 - Электрическая схема

 

АЧХ и ФЧХ для ФВЧ 2-го порядка Баттерворта и Чебышева:

 

Рисунок 15 - АЧХ и ФЧХ.

 

Электрическая схема:

Рисунок 16 - Электрическая схема


Таблица 1.1- Расчет фильтров 2-го порядка при f=150 KHz

Фильтр С=, nF R1=, KОм R2=, KОм Rfb=,KОм
Bessel   0.779 2.338 6.234
Butterworth   0.750 1.501 4.502
Chebyshev (0.5 dB Ripple)   0.779 1.045 3.648
Chebyshev (1 dB Ripple)   0.815 0.891 3.411
Chebyshev (2 dB Ripple)   0.898 0.705 3.207
Chebyshev (3 dB Ripple)   0.996 0.585 3.163

 


Выводы

 

В ходе лабораторной работы мы ознакомились со схемотехническими особенностями различных типов фильтров.

Определили то, что АЧХ фильтра должна приближаться к идеальной, а затухания, вносимые им, быть минимальными.

Пассивные фильтры вносят большие затухания по сравнению с активными фильтрами, однако имеют простоту в схемотехническом решении и расчёте составляющих его деталей.

Данные типы фильтров нашли широкое применение в широкополосных усилителях и акустике, которые имеют раздельные тракты НЧ, СЧ, ВЧ.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-10-17 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: