Курсовая с практикой на тему Проектирование активных фильтров

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………………….. 3

1 Исходные данные………………………………………………………………………………… 4

2 Расчет фильтра……………………………………………………………………………………. 6

3 Исследование фильтра……………………………………………………………………….. 10

Заключение………………………………………………………………………………………….. 17

Список использованных источников……………………………………………………… 18

Введение:

Электрические фильтры —
четырехполюсники, обладающие избирательными свойствами; они пропускают токи в
определенной полосе частот с наибольшим затуханием (полоса пропускания, или
прозрачности), а токи с частотами, лежащими вне этой полосы, — с большим
затуханием (полоса затухания или задерживания).

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 областях, в последнем случае требования к фильтру обычно
подразумевают определенную избирательность в заданном диапазоне частот.

В зависимости от диапазона частот,
пропускаемых фильтром, различают фильтры:

· нижних частот,
полоса пропускания которых лежит в диапазоне от f=0
до некоторой частоты среза f0;

· верхних частот,
полоса пропускания которых находится в диапазоне от f= fср  до f=∞;

· полосовые, полоса
пропускания которых лежит в диапазоне от f= fср1
до f= fср2; · заграждающие,
полоса пропускания которых находится в диапазоне от  f=0
до f=
fср1,
и от f=
fср2
до f=∞,
т.е. эти фильтры не пропускают сигналы, частоты которых лежат в диапазоне от f=
fср1
до f=
fср2;

Проектированию фильтра нижних
частот и посвящен данный курсовой проект.

Заключение:

В данном курсовом проекте был спроектирован активный фильтр нижних
частот пятого порядка. В результате расчетов были получены параметры схемы,
реализована схема в программе Multisim, а также были исследованы характеристики
фильтра и его работоспособность.

Коэффициент усиления фильтра при эксперименте приблизительно
совпал с заданным. Были получены осциллограммы при разных частотах: 416, 4160,
41600 Гц, по которым убедились, что фильтр пропускает нижние частоты, при этом
подавляя частоты сигнала выше частоты среза.

На основании результатов моделирования можно сделать вывод,
что фильтр работоспособен и готов к применению в реальных схемах усилителей.

Фрагмент текста работы:

Содержание:

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ……………………… 5 ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………. 6 1 Общая часть……………………………………………………………………. 7 1.1
Назначение и применение активных фильтров………………………………………. 7 1.2
Устройство активных фильтров……………………………………………………….. 9 1.3
Принцип работы активных фильтров…………………………………………………. 10 2 Проектирование активного фильтра…………………………………………. 11 2.1
Исходные данные и задание……………………………………………………………. 11 2.2
Расчёт фильтра………………………………………………………………………….. 12 2.3
Проектирование фильтра………………………………………………………………. 14 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….. 17 СПИСОК ИСПОЛЬЗОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………… 18

Введение:

Электрический
фильтр представляет собой четырехполюсник, в котором модуль для передаточной
функции всегда практически постоянный в выбранном диапазоне частот, который
называется «полоса пропускания», и весьма быстро уменьшается при удалении от
границ данной области. При этом, границы диапазона пропускания называются
граничными частотами. Диапазон частот, имеющий достаточно большое подавление
амплитуды сигналов, называют «полоса заграждения». Полосу пропускания и область
заграждения разделяет переходная область. Все
простые фильтры, относящиеся к первому порядку, могут быть выполнены на обычных
RCL-цепочках, спад АЧХ данного фильтра составляет 20дБ/дек, а когда нужен более
крутой спад АЧХ, тогда следует использовать фильтр, имеющий более высокий
порядок, данные фильтры возможно делать, лишь используя активные элементы. Как
и в пассивных фильтрах, RC-элементы являются неотъемлемой частью и в активных
цепях. Меняя их параметры можно добиться нужного вида АЧХ. Если необходимо
получить более быстрое уменьшение коэффициента передачи, можно включить n
фильтров нижних частот последовательно.

Заключение:

Активный
фильтр может использоваться для усиления или ослабления определенных частот, в
генераторах электромузыкальных инструментов, в сейсмических приборах, в линиях
связи, для изучения частотного состава сигналов.

Проектирование
активных фильтров является довольно полезным опытом, так как фильтры находят
применения во многих электронных устройствах, будь то средства связи,
акустические системы или источники питания.

Разработанная
схема полностью отвечает требованиям технического задания, с учётом погрешности
затухания в полосе пропускания. К её достоинствам следует отнести простату
анализа и синтеза, возможность отдельной настройки каждого звена, возможность
реализовать её на операционных усилителях, выполненных в интегральном
исполнении, стабильность параметров.

Курсовой
проект позволил не только получить опыт аналитического расчёта, но и научиться
выбирать активные элементы схем в соответствии с поставленными техническими
требованиями и характеристиками.

Полосовые
фильтры с успехом могут применяться в активных акустических системах Hi-End
класса, в средствах связи. Причём если это радиосвязь, то фильтр будет работать
на относительно высоких частотах, если же связь осуществляется по каким-либо
коммутируемым линиям, например, телефонная связь, то частота сигнала не будет
превышать 10кГц и, следовательно, не потребуется особый подбор элементов по
каким-то частотным критериям.

Фрагмент текста работы:

1
Общая часть 7 1.1
Назначение и применение активных фильтров Активные
фильтры широко используются в разнообразных автоматических устройствах. Они
представляют собой функциональные элементы, в которых в качестве
частотно-избирательных звеньев используются резисторно-конденсаторные RC —
цепочки, а в качестве активного звена — операционный усилитель (ОУ). Благодаря
наличию ОУ такие фильтры называются активными. Активные фильтры могут
использоваться как фильтры нижних частот, фильтры верхних частот и полосовые
фильтры (ПФ). Повсеместное
использование нелинейных нагрузок, включающих в себя силовое электронное
оборудование: вентильные преобразователи и устройства частотного регулирования
электропривода, насыщенные трансформаторы и электродвигатели, мощные
электрические печи и сварочное оборудование — привело к необходимости
разработки и внедрения систем коррекции формы кривых тока и напряжения. Один из
перспективных методов решения указанной задачи — применение активных фильтров. Параметры
параллельных фильтров должны быть подобраны только для величин гармонических
токов от нелинейной нагрузки. Еще одно преимущество — принцип регулирования с
коррекцией тока (фильтр как регулируемый источник тока) и связанное с этим
улучшение напряжения питания остальных потребителей. В таких сетях источники
возмущений — потребляемые нагрузкой токи (THD(I) %>> THD (U)%). Суммарные
гармонические искажения по току % всегда выше, чем по напряжению. Логично и
более быстродействующе исправлять первопричину. Применение
активных фильтров в геологии и геофизике. 8 Акустические
методы сегодня находят широкое применение в горной геофизике для контроля
состояния горного массива. Применение данных методов основано на том, что
первичные параметры, такие как напряженное состояние, трещиноватость, обводненность,
наличие в массиве крупных дизъюнктивных нарушений, плывунов, определяющие
устойчивость горного массива — функционально связаны с параметрами акустических
волн, распространяющихся по контролируемому участку горного массива
(затуханием, скоростью распространения, появлением отраженных волн от границ
раздела с разными акустическими импедансами и др.). Известно,
что для корректного аналогоцифрового преобразования спектр сигнала, подаваемого
на вход АЦП, должен соответствовать спектру сигнала, используемому далее в алгоритме
обработки информации микропроцессором. Таким
образом, в методах контроля, основанных на спектральном анализе акустического сигнала
(например, спектрально-акустическом методе прогноза выбросоопасности), с целью исключения
искажений сигнал до оцифровывания должен быть пропущен через фильтры нижних и
верхних частот. В качестве таких фильтров удобно использовать активные
RC-фильтры на базе операционных усилителей. К
настоящему времени разработаны методики расчета таких фильтров. Оказалось, что
для обеспечения расчетных значений амплитудночастотной характеристики (АЧХ)
фильтров требуется высокая точность подбора параметров R и C элементов. Так,
для фильтров 5-го и более высокого порядка резисторы и конденсаторы должны быть
не хуже, чем с 2 %-ым допуском. На практике, чтобы гарантировать требуемые параметры
фильтра, резисторы и конденсаторы выбирают с 1 %-ым допуском. Для
корректного выполнения операций фильтрации фильтры низких частот (ФНЧ) и фильтры
верхних частот (ФВЧ) должны иметь крутую характеристику в переходной частотной зоне
и плоскую характеристику в зоне пропускания частот. Этим требованиям
удовлетворяет фильтр Баттерворта.