Министерство образования Российской Федерации
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ
Методические указания к курсовой работе по дисциплинам
«Основы теории цепей», «Теория электрических цепей»
для студентов специальностей: 200700 – Радиотехника,
201600 – Радиоэлектронные системы,
075600 – Информационная безопасность
телекоммуникационных систем
Екатеринбург 2003
УДК: 621.396.6
Составители: В.Г. Коберниченко, А.П. Мальцев, Ю.В. Шилов
Научный редактор проф., канд. техн. наук Д.В. Астрецов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ: Методические указания к курсовой работе по дисциплинам «Основы теории цепей», «Теория электрических цепей» для студентов специальностей 200700 – Радиотехника, 201600 – Радиоэлектронные системы, 075600 – Информационная безопасность телекоммуникационных систем /В.Г. Коберниченко, А.П. Мальцев, Ю.В. Шилов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 38 с.
Приводятся краткие сведения о характеристиках и классификации аналоговых электрических фильтров, а также этапах их проектирования. Излагается методика расчета и рассматриваются особенности реализации пассивных LC -фильтров лестничной структуры и активных RC -фильтров. Описана методика применения пакета прикладных программ ……… для расчета характеристик проектируемых фильтров.
Библиогр.: 20 назв. Рис. 7. Табл. 6. Прил.?
Подготовлено кафедрой теоретических основ радиотехники.
© ГОУ ВПО «Уральский государственный
технический университет – УПИ», 2003
Оглавление
Введение..................................................................................... ……4
1. Характеристики аналоговых фильтров............................ ……4
2. Классификация фильтров по виду частотных
характеристик....................................................................... ……6
3. Этапы проектирования фильтра....................................... ……7
4. Нормирование параметров фильтра и преобразование
частоты................................................................................... ……9
5. Расчет и реализация пассивных LC -фильтров.............. …..12
6. Реализация фильтров с помощью активных RC -цепей. …..14
7. Порядок расчета активных RС -фильтров........................ …..19
8. Содержание и оформление пояснительной записки..... …..20
9. Что нужно знать при защите курсовой работы.............. …..21
10. Задания на курсовую работу........................................... …..22
Приложение 1. Алгоритм расчета комплексной частотной характеристики лестничной цепи.......................................................................... 29
Приложение 2. Подготовка данных и работа с диалоговой программой ''ЛЕСТНИЦА "(LEST)............................................................................. 31
Приложение 3. Подготовка данных и работа с
программой "Комплексная частотная характеристика" (KUCOMP) 32
Список литературы......................................................... 36
Введение
В современной радиотехнике под фильтрацией сигналов на фоне помех понимают любое выделение параметров случайных процессов, отражающих полезную информацию (сообщение). Вместе с тем сохраняется и традиционное более узкое представление о фильтрации, связанное с частотной селекцией сигналов.
Под электрическим фильтром в традиционном смысле понимается цепь, обладающая избирательностью реакции на внешнее воздействие. Характеристики фильтра могут задаваться во временной или частотной области, в последнем случае требования к фильтру обычно подразумевают определенную избирательность в заданном диапазоне частот.
Электрические фильтры можно классифицировать по различным признакам. По способу построения и используемой элементной базе различаются следующие типы фильтров: фильтры на сосредоточенных элементах (LC -фильтры), кварцевые и керамические, электромеханические фильтры, фильтры на отрезках длинных линий (СВЧ-фильтры), активные RC -фильтры на сосредоточенных и распределенных элементах, коммутируемые и цифровые фильтры, фильтры на поверхностных акустических волнах.
Тематика заданий на курсовую работу по дисциплинам «Основы теории цепей», «Теория электрических цепей» для студентов специальностей 200700 – Радиотехника, 201600 – Радиоэлектронные системы, 075600 – Информационная безопасность телекоммуникационных систем охватывает задачи проектирования фильтров двух типов: пассивных LC -фильтров лестничной структуры и активных RC -фильтров на сосредоточенных элементах.
Характеристики аналоговых фильтров
Ниже рассматриваются фильтры с одним входом и одним выходом, состоящие из линейных элементов, параметры которых не зависят от времени (рис. 1).
Выходной сигнал такого фильтра линейно связан со входным. Эта связь во временной области описывается интегралом свертки:
(1)
где h(t) -.импульсная характеристика фильтра.
 |
Рис. 1 Линейный фильтр
Связь между входным и выходным сигналами в частотной области можно получить, применив к (1) преобразование Лапласа:
Y (p)= H (p) X (p). (2)
Здесь H (p) - преобразование Лапласа для h(t) (передаточная функция фильтра). При p=jw она является комплексной частотной характеристикой (КЧХ) H(jw). Таким образом,
, (3)
где H(w) - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра;
j(w) – фазо-частотная характеристика (ФЧХ) фильтра.
В зависимости от вида входной и выходной переменных передаточная функция и КЧХ могут иметь размерность сопротивления, проводимости либо быть безразмерными. В частности, КЧХ по напряжению определяется как
(4)
где – U вых(jw) и U вх(jw) комплексные амплитуды входного и выходного напряжений.
Наряду с этой характеристикой широко используется частотный коэффициент передачи мощности:
(5)
В отличие от КЧХ частотный коэффициент передачи мощности является действительной функцией частоты и поэтому в ряде случаев удобен для задания исходных данных при проектировании фильтров. Однако эта функция не содержит в общем случае сведений о ФЧХ фильтра.
Передаточная функция физически реализуемого фильтра представляет собой отношение полиномов
(6)
где H,a,b - действительные постоянные коэффициенты,
m, n = 1,2,… m£n.
Степень полинома знаменателя определяет порядок фильтра.
Наряду с частотными характеристиками передачи (в переменных выход-вход) широко применяются частотные характеристики затухания (в переменных вход-выход), использующие не само отношение переменных, а логарифм от него
. (7)
При этом A(w) называется логарифмической амплитудно-час-тотной характеристикой (ЛАЧХ) фильтра и измеряется в децибелах.