Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебное пособие 700216.doc
Скачиваний:
18
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
1.35 Mб
Скачать

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра радиотехники

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ

НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по курсовому проектированию по дисциплине "Схемотехника аналоговых электронных устройств" для студентов направления 210400.62 «Радиотехника» (профиль «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов»)

очной формы обучения

Воронеж 2012

Составитель канд. техн. наук Е.И. Воробьева

УДК 621.396.6

Проектирование активных фильтров на операционных усилителях: методические указания по курсовому проектированию по дисциплине "Схемотехника аналоговых электронных устройств" для студентов направления 210400.62 «Радиотехника» (профиль «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост.: Е.И. Воробьева. Воронеж, 2012. 57 с.

В работе изложено содержание курсового проекта, техническое задание на проектирование, приведены краткие теоретические сведения по характеристикам избирательных усилителей, рассмотрены критерии выбора аппроксимации, изложена процедура формирования передаточной функции, рассматривается реализация активных фильтров на усилителях с положительной и отрицательной обратной связью, а также на усилителях, обладающих минимальным произведением "усиление-чувствительность". Приведены индивидуальные задания. Издание предназначено для студентов 3 курса.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержатся в файле САЭУ.doc.

В разработке и апробации принимали участие студенты ВГТУ О.С. Константинов, Ю.В. Ширин.

Ил. 4. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. М.И. Бочаров

Ответственный за выпуск зав. кафедрой канд. техн. наук, проф. Б.В. Матвеев

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет», 2012

Введение в.1. Содержание курсовой работы

Курсовая работа состоит из пояснительной записки объемом до 30 листов формата А4 (210х296) и электронного носителя с моделью разработанного активного фильтра в среде моделирования WORKBENCH

Рукопись текста пояснительной записки должна содержать:

-титульный лист;

-техническое задание на курсовую работу, подписанное преподавателем;

-содержание;

-введение;

-обоснование выбора аппроксимации;

-необходимые расчеты для получения передаточной функции фильтра;

-принципиальная электрическая схема фильтра с пояснением назначения каждого элемента;

-расчетную АЧХ фильтра;

-реальную АЧХ фильтра;

-расчет чувствительности элементов;

-заключение;

-литература.

В содержании приводится перечень разделов и подразделов пояснительной записки с указанием страниц, на которых размещается начало материала разделов, подразделов и пунктов, если они имеют наименования.

В 4 .2. Техническое задание

В приложении 1 представлено 72 варианта на курсовое проектирование. Номер варианта выбирается из колонки 1 табличной части приложения.

Тип активного фильтра и его заданные технические характеристики выбираются согласно номеру варианта, которые представлены в соответствующих колонках табличной части приложения 1:

2 - тип избирательного усилителя;

3 - нижняя граничная частота полосы пропускания;

4 - верхняя граничная частота полосы пропускания;

5 - максимально допустимое затухание в полосе пропускания;

6 - нижняя граничная частота полосы задерживания;

7 - верхняя граничная частота полосы задерживания;

8 - минимально допустимое затухание в полосе

задерживания;

9 - коэффициент усиления в полосе пропускания;

10 - максимальное выходное напряжение.

Значения частот представлены в килогерцах (кГц), затухание - в децибелах (дБ), напряжение - в вольтах (В).

Произвести выбор аппроксимации, обосновав данный выбор.

Определить порядок передаточной функции, ее полюсов и нулей.

Осуществить реализацию активного фильтра.

Рассчитать АЧХ устройства.

Разработать принципиальную схему фильтра.

Исследовать АЧХ реального устройства.

Разработать конструкцию активного фильтра.

Произвести моделирование разработанного устройства в среде программирования WORKBENCH, предусмотрев в модели осциллограф (для проверки работоспособности полученной схемы) и графопостроитель (для проверки соответствия полученных частных характеристик фильтра техническому заданию)

  1. Общие сведения

Активными называются фильтры, состоящие из резисторов, конденсаторов и активных элементов, например усилителей. Такие фильтры обладают хорошей избирательностью. Это достигается благодаря компенсации потерь энергии в резисторах фильтра с помощью активных элементов - чаще усилителей, охваченных обратной связью.

Избирательные свойства активного фильтра характеризуются его АЧХ - зависимостью модуля коэффициента передачи фильтра от частоты сигнала. Полосу частот, в которой сигналы нормально усиливаются фильтром, называют полосой пропускания, полосу частот, в которой сигналы подавляются фильтром - полосой задерживания (заграждения). На рисунке 1 изображены идеализированные характеристики активных фильтров

В зависимости от взаимного расположения полос пропускания и задерживания различают фильтры нижних частот (ФНЧ) (рис. 1,а), верхних частот (ФВЧ) (рис. 1,б), а также полосовые фильтры (ПФ) (рис. 1,в) и режекторные фильтры (РФ) (рис. 1,г).

а) б) в) г)

Рис. 1. Идеализированные АЧХ различных типов фильтров

Для реальных АЧХ характерно непостоянство коэффициента передачи фильтра, как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания. Кроме того, в реальных фильтрах невозможно получить скачкообразное изменение коэффициента передачи при переходе от полосы пропускания к полосе задерживания. В реальных АЧХ всегда существует полоса перехода, в которой коэффициент передачи фильтра непрерывно изменяется от значения минимально допустимого в полосе пропускания, до значения, максимально допустимого в полосе заграждения. Как правило, различие между этими значениями велико (сотни и тысячи раз). Поэтому для расчетов удобнее изображать частотные характеристики фильтра в виде зависимости от частоты коэффициента ослабления в логарифмическом масштабе (где К0 - коэффициент усиления на частоте, по отношению к которой производят нормирование характеристики).

На рис. 2, (а-г) приведены примеры реальных частотных характеристик ФНЧ, ФВЧ, ПФ и РФ

Рис. 2. Реальные АЧХ различных типов фильтров

Реальная характеристика помимо верхней или нижней граничной частоты полосы пропускания fп характеризуется граничной частотой полосы задерживания fз, максимально допустимым затуханием в полосе пропускания ап и минимально допустимым затуханием в полосе задерживания аз. Чем меньше отличаются граничные частоты fп и fз, и чем больше аз, тем лучше фильтрующие свойства фильтра, т.е. его избирательность. Избирательность ПФ может характеризоваться также коэффициентом прямоугольности АЧХ

, (1)

где Fп - ширина полосы пропускания фильтра на уровне ап, Fз - ширина полосы пропускания фильтра на уровне аз (рис. 2, в).