МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Вологодский государственный технический университет»

(ВоГТУ)

Кафедра электротехники

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ RC-ФИЛЬТРОВ

Методические пособие и задания к курсовой работе

Факультет: электроэнергетический

Направление: 231000.62 программная инженерия

220400.62 управление в технических системах

230100.62 информатика и вычислительная техника

Вологда 2012

УДК 621. 372. 037

Электротехника и электроника. Исследование активных RC-фильтров. Методические указания, пример расчёта и задания к курсовой работе. – Вологда: ВоГТУ, 2012г. – 60 c.

Приведены краткие теоретические сведения, методические указания, пример расчёта и варианты заданий к курсовой работе.

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составители: В.В. Реутов, кандидат технических наук, доцент

Г.Л. Ганичев, кандидат технических наук, доцент

Рецензент: Н.А. Сердюков, кандидат технических наук, доцент

Введение.

Настоящие методические указания предназначены для студентов электротехнических специальностей, изучающих курс «Электротехника и электроника», «Электротехника, электроника и схемотехника» и содержат краткие теоретические сведения, задание, пример расчёта и варианты по курсовой работе «Исследование активных RC-фильтров».

Содержание методических указаний соответствует федеральному государственному образовательному стандарту по направлениям: 230100.62, 220400.62 и 231000.62.

Целью курсовой работы является обучение студентов методам спектрального анализа прохождения апериодических сигналов через электрическую цепь, методам расчета электрических цепей с активными элементами и анализа свойств активных фильтров с использованием частотных характеристик передаточных функций, переходных характеристик и критериев устойчивости.

Ограниченный объем методических указаний не позволяет представить в них полные теоретические сведения по разделам курсовой работы. Студентам необходимо перед выполнением работы изучить соответствующий заданию теоретический материал, используя для этого конспект лекций и приведенный в указаниях список литературы.

Количество вариантов позволяет преподавателю выдать каждому студенту индивидуальное задание, что создает условия для самостоятельного выполнения курсовой работы и эффективного закрепления тех знаний, которые студент получает на лекциях и практических занятиях.

В целях снижения времени на расчет и построение графиков следует использовать при выполнении курсовой работы пакеты прикладных программ. Пример исследования активного фильтра с использованием пакета Mathcad приведён в приложении.

1. Краткие теоретические свдения

1.1 Определение и классификация электрических фильтров.

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием А_р) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием А_р) токов других частот. Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропускания или полосой прозрачности; диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затухания или полосой задерживания. Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание А_р в полосе задерживания. Параметр А_р называется рабочим затуханием, который вводится вместо коэффициента затухания α при отсутствии согласования на входе и выходе фильтра [1].

По расположению полосы пропускания на шкале частот различают следующие фильтры:

- нижних частот (ФНЧ), в которых полоса пропускания располагается на шкале частот от ω = 0 до некоторой граничной частоты ω = ω_п, а полоса непропускания (задерживания) – от частоты ω = ω_з до бесконечно больших частот (рис. 1.1, а);

- верхних частот (ФВЧ) с полосой пропускания от частоты ω = ω_п до бесконечно больших частот и полосой непропускания от частоты ω= 0 до ω = ω_з (рис. 1.1, б);

- полосовые (ПФ), в которых полоса пропускания ω_п1…ω_п2 располагается между полосами непропускания 0…ω_з1 и ω_з2…∞ (рис. 1.1, в);

- заграждающие (режекторные) (ЗФ или РФ), в которых между полосами пропускания 0…ω_п1 и ω_п2…∞ находится полоса непропускания ω_з1…ω_з2 (рис. 1.1, г);

- многополосные, имеющие несколько полос пропускания.

На рис. 1.1, а—г показаны также условные обозначения фильтров каждого типа в соответствии с ГОСТ. Диапазон частот, разделяющий полосы пропускания и непропускания, называется полосой перехода.

Рис. 1.1

В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов. Возможно также применение пассивных RC-фильтров, используемых при больших сопротивлениях нагрузки.

Фильтры информативной электроники разрабатываются на основе ак-тивных элементов. В интегральном исполнении активные фильтры имеют меньшие габариты и вес. Активные фильтры способны усиливать сигнал.

К недостаткам активных фильтров можно отнести следующее:

• активные фильтры не могут работать на таких высоких частотах, на которых операционные усилители уже не способны усиливать сигнал.

• активные фильтры нуждаются в источниках питания.

возможна потеря устойчивости режима работы, что может привести к неограниченному росту токов и напряжений при ограниченном входном воздействии.

В активных фильтрах, или фильтрах с обратными связями, используется параллельное соединение и другие виды соединений четырехполюсников. Четырехполюсник, по которому сигнал проходит с входа на выход, является неселективной цепью с коэффициентом передачи, не зависящим от частоты. В качестве такого четырехполюсника часто используют операционный усилитель. Четырехполюсник обратной связи обычно содержит селективную цепь.