При защите курсовой работы студент должен знать и уметь интерпретировать применительно к своему варианту следующие вопросы из программы курса.
1. Синтез четырехполюсника по заданному квадрату модуля
передаточной функции.
Свойства передаточных функций четырехполюсников. Понятие коэффициента отражения. Связь входного сопротивления четырехполюсника с коэффициентом отражения и передаточной функцией. Расположение нулей и полюсов квадрата модуля передаточной функции. Каноническое представление передаточной функции фильтра.
2. Классификация фильтров.
По расположению полос подавления и пропускания.
По виду частотных характеристик (способу аппроксимации).
Выражение квадрата модуля передаточной функции для фильтров Баттерворта, Чебышева и эллиптических.
3. Свойства фильтров Баттерворта.
Неравномерность в полосе прозрачности. Зависимость затухания от порядка фильтра. Расположение нулей а полюсов на комплексной плоскости. Вид АЧХ и ФЧХ.
4. Свойства фильтров Чебышева
Неравномерность в полосе прозрачности. Зависимость затухания от порядка фильтра, расположение нулей и полюсов на комплексной плоскости. Вид АЧХ и ФЧХ, связь с порядком фильтра.
5. Свойства эллиптических фильтров
Неравномерность в полосе пропускания и полосе подавления. Вид АЧХ и ФЧХ, связь с порядком фильтра.
6. Расчет пассивных фильтров
Нормирование параметров элементов фильтра. Преобразование частоты. Переход от ФНЧ к ФВЧ. Выражение для передаточной функции ФВЧ. Преобразование элементов схемы. Переход от ФНЧ к ПФ. Преобразование АЧХ. Выражение для частот среза и центральной частоты. Преобразование элементов схемы.
7. Расчет активных RC – фильтров.
Принципы построения активных RC -цепей. Представление передаточной функции фильтра через передаточные функции звеньев второго и первого порядков. Передаточная функция активного RC -Фильтра второго порядка и способы ее реализации.
8. Расчет комплексной частотной характеристики цепи с лестничной структурой. Схема вычислений.
9. Расчет комплексной частотной характеристики цепи с использованием матриц узловых проводимостей.
Задания на курсовую работу
Тема 1. Расчет и анализ фильтров лестничной структуры.
Содержание задания.
1. Спроектировать фильтр в виде реактивного четырехполюсника лестничной структуры с нагрузкой на входе и на выходе (рис 2), удовлетворяющий ниже перечисленным требованиям.
2. Привести полную схему фильтра и рассчитать АЧХ и ФЧХ фильтра в диапазоне для фильтров нижних и верхних частот (0-3)fc, для ПФ и РФ – (0.3-3)fc.
3. Выполнить анализ спроектированного фильтра с учетом указанных ниже условий. Расчет и анализ характеристик производится с использованием пакета программ «ЛЕСТНИЦА» (LEST).
Характеристики фильтров описываются следующими параметрами:
fc - частота среза фильтра, кГц
Df - полоса пропускания, кГц
fCB - частота среза верхняя, кГц
fCH - частота среза нижняя, кГц
f0 - средняя частота фильтра, кГц
fs - частота гарантированного затухания, кГц; граница полосы подавления.
fCB, fSH - верхняя и нижняя границы полосы подавления кГц
A - гарантированное затухание в полосе подавления, дБ;
DA - неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания, дБ;
J – коэффициент отражения, %,
R=R1=R2 - сопротивления нагрузки, Ом.
Вариант 1.
Тип фильтра - ФВЧ Чебышева.
Исследовать влияние потерь в катушках индуктивности на характеристики фильтра, если их добротность на частоте среза равна Q0, а при изготовлении допустимый разброс составляет ±dQ%.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 1.
Таблица 1
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fc | |||||
| fS | |||||
| A | |||||
| J | |||||
| R | |||||
| Q0 | |||||
| dQ |
Вариант 2.
Тип фильтра - ФВЧ Кауэра (эллиптический).
Исследовать влияние на АЧХ и ФЧХ разброса параметров индуктивностей и емкостей в пределах ±dL% и ±dC% относительно номинального значения.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 2.
Таблица 2
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fc | |||||
| fS | 8,4 | ||||
| A | |||||
| J | |||||
| R | |||||
| dL | 0,5 | ||||
| dC | 0,5 | 0,5 | 0,1 |
Вариант 3.
Тип фильтра – полосовой с максимальной крутизной скатов АЧХ.
Исследовать влияние на АЧХ и ФЧХ изменения сопротивлений нагрузки в пределах ±dR1, ±dR2 (%).
Значения параметров фильтра заданы в табл. 3.
Таблица 3
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| Df | |||||
| f0 | |||||
| A | |||||
| DA | 0,02 | 0,1 | 0,15 | 0,15 | 0,08 |
| R | |||||
| dR1 | |||||
| dR2 | |||||
| fSH |
Вариант 4.
Тип фильтра - полосовой с минимальным числом элементов.
Проанализировать влияние на характеристики затухания потерь в катушках индуктивности, если их добротность на центральной частоте равна Q0 , а в процессе изготовления возможен разброс параметров на величину ±dQ%.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 4.
Таблица 4
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| f0 | |||||
| fCB | |||||
| fCH | |||||
| fSB | |||||
| A | |||||
| DA | 0,05 | 0,03 | 0,1 | 0,03 | 0,03 |
| R | |||||
| Q0 | |||||
| dQ |
Вариант 5.
Тип фильтра - полосовой с максимально полоской АЧХ в полосе пропускания.
Определить допустимый разброс параметров индуктивностей и емкостей из условий допустимых изменений: затухание в полосе пропускания DA1, в дБ, полосе подавления DA2 дБ, полосы пропускания в Df, %.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 5.
Таблица 5
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fCH | |||||
| fCB | |||||
| fSH | |||||
| fSB | |||||
| A | |||||
| DA1 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | ||
| DA2 | 0,5 | ||||
| Df | |||||
| R |
Тема 2. Расчет и анализ активных RC –фильтров
Содержание задания
1. Спроектировать активный электрический фильтр на основе каскадного соединения звеньев, состоящих из резисторов, конденсаторов и операционных усилителей (ОУ), удовлетворяющий нижеперечисленным требованиям.
2. Вывести выражения для передаточных функций звеньев.
3. Привести полную схему фильтра и рассчитать его АЧХ и ФЧХ.
4. Выполнить анализ спроектированного фильтра с учетом указанных ниже условий. Расчет характеристик производится на ПЭВМ с использованием стандартной программы «Комплексная частотная характеристика» (KUCOMP).
Требования к фильтрам задаются следующими параметрами:
fc - частота среза фильтра, кГц
fS - граница частоты подавления, кГц
A - минимальное затухание в полосе задерживания, дБ;
DA - неравномерность передачи в полосе пропускания, дБ;
K - коэффициент усиления фильтра в полосе пропускания,
RH - сопротивления нагрузки, Ом,
K0 - коэффициент усиления ОУ.
При использовании стандартной программы KUKOMP идеализированный ОУ характеризуется следующими параметрами:
Rвх =100кОм, Rвых =1Ом, K0 =106, t1=t2=t3= 0,5мкс.
Вариант 1
Тип фильтра - ФНЧ Баттерворта.
Исследовать влияние конечного значения К0 на АЧХ, определить минимально допустимое значение К0.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 6.
Таблица 6
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fc | |||||
| fS | |||||
| A | |||||
| K | |||||
| RH |
Вариант 2
Тип фильтра - ФВЧ Чебышева.
Исследовать влияние входного сопротивления ОУ на вид АЧХ, определить минимально допустимое значение Rвх.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 7.
Таблица 7
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fc | |||||
| fS | |||||
| A | |||||
| DA | 0,5 | 0,5 | |||
| K | |||||
| RH |
Вариант 3
Тип фильтра – эллиптический нижних частот.
Исследовать влияние изменения выходного сопротивления ОУ на вид АЧХ и ФЧХ. Определить максимально допустимое значение выходного сопротивления.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 8.
Таблица 8
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fc | |||||
| fS | |||||
| A | |||||
| DA | |||||
| RH | |||||
| K |
Вариант 4
Тип фильтра – ФВЧ Баттерворта.
Исследовать влияние конечного значения К0 на АЧХ, определить минимально допустимое значение К0.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 9.
Таблица 9
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fc | |||||
| fS | 0,7 | ||||
| A | |||||
| K | |||||
| RH |
Вариант 5
Тип фильтра – ФНЧ инверсный Чебышева.
Исследовать влияние разброса параметров резисторов dR(%) и конденсаторов dC(%) относительно номинального значения на вид АЧХ и ФЧХ.
Значения параметров фильтра заданы в табл. 10.
Таблица 10
| Параметр | Номер подварианта | ||||
| fc | |||||
| fS | 1,3 | ||||
| A | |||||
| K | |||||
| RH | |||||
| dR | 2,5 | ||||
| dC | 2,5 |
Приложение 1