Добавил:

Kaz Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Предмет:

Прикладное программирование

Файл:

курсач фнч саллена-кея 5 порядок / КУРСАЧ ЧЕРНОВИК.docx

Скачиваний:

Добавлен:

15.06.2014

Размер:

3.43 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 77

6 Разработка принципиальной схемы фильтра

Для обеспечения необходимой АЧХ фильтра, следует производить выбор элементов с высокой точностью. Ввиду того, что допуски для ёмкостей значительно превышают допуски для сопротивлений, сначала производится расчет ёмкостей, а затем – сопротивлений.

6.1 Выбор типа конденсаторов

Выберем низкочастотный тип конденсаторов в силу их меньшей стоимости. Необходимы небольшие габариты и масса конденсаторов. Выбирать конденсаторы нужно с как можно меньшими потерями (с маленьким тангенсом угла диэлектрических потерь). Оптимальными по этим требованиям можно считать конденсаторы типа К10-17а — низкочастотные керамические конденсаторы с малыми МГП, имеющие изоляцию, однако имеют сравнительно высокие потери и частотно-зависимый тангенс угла диэлектрических потерь.

Некоторые параметры группы К10-17 [2]:

Размеры, мм.

B 4,6…8,6

L 6,8…12,0

A 2.5…7.5

Масса 0,5 – 2 г.
Допускаемое отклонение ёмкости, %
Тангенс угла потерь 0,0015
Сопротивление изоляции, 1000 МОм
Диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 125

6.2 Выбор типа резисторов

Для схемы проектируемого фильтра, чтобы обеспечить низкую температурную зависимость, необходимо выбирать резисторы с минимальным ТКС. Выбираемые резисторы должны обладать минимальными собственными ёмкостью и индуктивностью, поэтому выберем непроволочный тип резисторов. Однако у непроволочных резисторов более высокий уровень токовых шумов, поэтому необходимо учесть и параметр уровня собственных шумов резисторов.

Прецизионные резисторы типа С2-29В удовлетворяют заданным требованиям:

номинальная мощность 0.125 Вт;
диапазон номинальных сопротивлений Ом;
ТКС (в интервале температур ) ;
ТКС (в интервале температур ) ;
Уровень собственных шумов 1…5 мкВ/В;
Предельное рабочее напряжение постоянного и переменного тока 200 В.

6.3 Выбор типа операционных усилителей

Главный критерий при выборе ОУ – это его частотные свойства, так как реальные ОУ имеют конечную полосу пропускания. Коэффициент усиления ОУ должен быть достаточно большим. Желательно выбрать ОУ с широким диапазоном напряжений питания. Согласно справочнику [3] выберем ОУ типа 140УД6А, конструктивно оформленный в корпусе типа 301.8-2. ОУ этого типа являются ОУ общего назначения с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода при коротких замыканиях нагрузки и имеют следующие параметры:

напряжение питания В
напряжение питания В
ток потребления мА
напряжение смещения мВ
коэффициент усиления ОУ по напряжению
частота единичного усиления , МГц1

Подобранные номиналы элементов фильтра сведены в таблицу 6.1

Таблица 6.1 - Номиналы элементов фильтра

Первый каскад
Наименование элемента	R1, кОм	R2, кОм	C1, пФ	C2, нФ
Расчётное значение	112,882	1,910	100	16
Значение по ряду номиналов Е24	110	2	100	16
Второй каскад
Наименование элемента	R1, кОм	R2, кОм	C1, нФ	C2, нФ
Расчётное значение	1,821	1,183	10	16
Значение по ряду номиналов Е24	1,8	1,2	10	16
Третий каскад
Наименование элемента	R1, кОм	R2, кОм	C1, нФ	C2, нФ
Расчётное значение	1,857	—	10	—
Значение по ряду номиналов Е24	1,8	—	10	—

7 МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРА НА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОМ УРОВНЕ В ELECTRONICS WORKBENCH В ЧАСТОТНОЙ И ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТЯХ (ИЗМЕРЕНИЕ АЧХ, ХРЗ, ФЧХ, ИХ, ПХ В ДЕНОРМИРОВАННОМ ВИДЕ)

Схема фильтра пятого порядка реализуется последовательным соединением трёх каскадов: двух каскадов второго порядка и одного каскада первого порядка. На вход данной схемы подключается функциональный генератор (Function Generator), необходимый для генерирования сигналов. Осциллограф (Oscilloscope) (для того, чтобы снять ИХ и ПХ) и прибор построения кривых (Bode Plotter) (для снятия АЧХ, ФЧХ и ХРЗ) подключается к входу и выходу. Данная схема представлена на рис. 7.1. Зададим в схеме рассчитанные в разделе 6 номиналы элементов.

Рисунок 7.1 — Структурная схема ФНЧ 5 порядка по структуре Саллена–Кея

С помощью измерителя частотных характеристик измерим АЧХ, ФЧХ и ХРЗ.

Рисунок 7.2 — Амплитудно-частотная характеристика

Рисунок 7.3 – Фазо-частотная характеристика

Рисунок 7.4 — Характеристика рабочего затухания

Временные характеристики измеряем при помощи осциллографа.

При измерении импульсной характеристики на функциональном генераторе устанавливаем следующие значения: frequency 30 кГц и duty cycle 99%.

Рисунок 7.5 — Импульсная характеристика

При измерении переходной характеристики на функциональном генераторе устанавливаем следующие значения: frequency 30 кГц и duty cycle 1%.

Рисунок 7.6 — Переходная характеристика

Измеренные характеристики схожи с характеристиками, построенными в разделе 5. Следовательно, можно сделать вывод о корректном проектировании устройства фильтрации на функциональном и схемотехническом уровнях.

8 ИЗМЕРЕНИЕ АЧХ ФИЛЬТРА В ELECTRONICS WORKBENCH С ПОМОЩЬЮ ЛЧМ‑СИГНАЛА

Создать ЛЧМ сигнал мы сможем с помощью устройства Voltage-Controlled Sine Wave Oscillator. Он будет генерировать гармоническое колебание, частоту которых мы сможем модулировать пилообразным сигналом с функционального генератора. Схема генератора периодической последовательности ЛЧМ импульса представлена на рисунке 8.1. Генератор подключается ко входу фильтра. Сигнал с выхода генератора пилообразного напряжения подается на канал синхронизации осциллографа (Oscilloscope).

Рисунок 8.1 — Схема генератора ЛЧМ импульсов

Для правильной работы нужно произвести настройку генератора пилообразного сигнала и генератора, управляемого напряжением. Параметры настройки приведены на рисунках 8.2 и 8.3.

Рисунок 8.2 — Настройки генератора пилообразного сигнала в генераторе ЛЧМ импульсов

Рисунок 8.3 — Настройки генератора, управляемого напряжением , в генераторе ЛЧМ импульсов

После прохождения ЛЧМ сигнала через фильтр он примет вид его амплитудно-частотной характеристики.

Амплитудно–частотная характеристика, снятая при помощи ЛЧМ импульса представлена на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 — Амплитудно-частотная характеристика , снятая при помощи ЛЧМ сигнала

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был успешно спроектирован фильтр нижних частот со структурой Саллена-Кея, аппроксимацией Чебышева, пятого порядка. Были рассмотрены частотные и временные характеристики фильтра, реализованные с помощью двух программных продуктов: MachCAD и Electronic Workbench. Эти характеристики совпадают, что свидетельствует о правильности расчета и построения фильтра.

Для того, чтобы собрать реальную схему спроектированного фильтра с полученными частотными и временными характеристиками, необходимо рассчитанные значения номиналов элементов схемы заменить номиналами, выпускаемыми промышленностью, используя значения из номинального ряда E24.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беленкевич Н.И., Романов В.Е. Проектирование устройств фильтрации. Методические указания к курсовому проектированию. Мн.2008-48с.

2. Акимов Н.Н Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: справ./ Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. – Мн.: Беларусь, 2004. – 591 с.:ил.

3. Булычёв А.Л. Аналоговые интегральные схемы: справ./ В.И. Галкин, 382 с.: В.А. Прохоренко. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Беларусь, 1993. – черт.

4. http://rose.somee.com/orcad/default.aspx

5. http://www.chipinfo.ru/literature/chipnews/200304/7.html

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Altium_Designer

7.http://www.rodnik.ru/product/sapr/pp_i_plis/altium/altium_designer_summer_08/

8. http://www.nanocad.ru/products/detail.php?ID=98580

9. http://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_54_altium_designer_10.html

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Текст программы в MathCAD: