Разработка частотно-избирательного фильтра»

ВВЕДЕНИЕ
Передача и обработка цифровых сигналов электросвязи, сигналов радио и телевидения и т.д. требуют создания электронных цепей, которые в определенной полосе частот обладали бы наперед заданными свойствами амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ). Методы проектирования и анализа таких устройств относятся к традиционным методам теории цепей.
Фильтры электрических сигналов применяются во многих областях современной науки и техники. Особенно широкое применение фильтры имеют в радиосвязи и радиовещании, телевидении, дальней проводной связи, технике радиоизмерений, где они являются основой построения всей аппаратуры.
Практически каждое изделие микроэлектроники в наши дни имеет в своём составе фильтры. Поэтому так важно знать теоретические основы и схемы, на которых они построены.
Сигналы, поступающие на фильтр, называют источником сигнала, а цепь фильтра в которую эти колебания вводятся, входной цепью или входом. Устройство, которое является потребителем отфильтрованного сигнала, называют нагрузкой; цепь фильтра, к которой подключается нагрузка, называют выходной цепью или выходом фильтра.
Активные RC-фильтры относятся к широко распространенному классу частотно избирательных цепей и, наряду с построенными на основе их использования генераторами синусоидальных колебаний, находят применение в системах передачи информации, автоматического управления и регулирования, технике измерения и различного рода функциональных преобразователях. Активные RC-фильтры содержат пассивные избирательные RC-цепи и активные устройства, при помощи которых получают требуемую добротность звеньев второго порядка.
Усилитель с частотно-зависимым коэффициентом усиления является активным фильтром. Операционный усилитель является весьма подходящим элементом для реализации подобных фильтров.
Под электрическим фильтром понимается четырехполюсник, модуль передаточной функции которого остается практически постоянным в определенной области частот, называемой полосой пропускания, и достаточно резко падает с удалением от границ этой области. Границы области пропускания именуются граничными частотами. Область частот с достаточно большим подавлением амплитуды сигнала называется полосой заграждения. Между полосами пропускания и заграждения находится переходная область.
Синтез частотно-избирательных цепей связан с решением двух задач:
• задачи образования функции, так называемой аппроксимации функции, по исходным данным;
• задачи реализации найденной аппроксимирующей функции электрической цепью.
ARC-фильтры – это активные RC-четырехполюсники, обладающие избирательными свойствами, которые пропускают электрические колебания одних частот и подавляют электрические колебания других частот. Область частот пропускаемых колебаний называют полосой пропускания фильтра, область частот подавляемых колебаний – полосой задерживания. Граничные значения полосы пропускания называют частотами среза - ср . На частоте среза ср модуль коэффициента передачи (т.е. амплитудно-частотная характеристика – АЧХ) фильтра достигает уровня 0,707 от своего максимального уровня, т.е. уменьшается на 3 дБ.
Цель курсового проекта состоит в практическом ознакомлении с основами синтеза активных RC-фильтров, проектировании активного фильтра высоких частот по заданным характеристикам.

 
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
– провести анализ исходных данных и формирование задания;
– выбрать основной узел фильтра – ОУ, и рассчитать номиналы пассивных компонентов фильтра по известным соотношениям;
– выполнить моделирование и исследование схемы в различных режимах работы с помощью САПР;
– рассчитать целевые функции;
– провести оптимизацию схемы с помощью программного модуля параметрической оптимизации, входящего в состав САПР.
Таблица П.1 - Выбор типа фильтра

Вариант Тип фильтра
6 ФВЧ
Таблица П.2 – Выбор добротности и типа АЧХ ФНЧ и ФВЧ

Последняя цифра зачетной книжки Добротность
Q Тип фильтра
6 0,71 Баттерворта

Таблица П.3 – Выбор входного, выходного напряжений и частоты среза ФВЧ
Вариант Uвх , мВ Uвых , В Частота среза, fср
6 66 4,62 110 Гц

 


1. Основы теории фильтров
Назначения и области применения частотных фильтров
На практике часто встречаются с необходимостью пропускать в ограниченной диапазоне частот к приёмнику (нагрузке) напряжения (токи) одних частот и не пропускать или пропускать, но с большим затуханием, напряжения (токи) других частот. Эта задача решается с помощью электрических частотных фильтров.