Жулев_3_4_9_15_16_20

Рис. 6.6.

Основные этапы расчета схемы нормализации сигнала:

1)определение уровня напряжений входного сигнала UС и синфазной помехи UШ, а также результирующего входного отношения сигнал/шум ηВХ;

2)установление необходимой разрядности АЦП и, как следствие этого, необходимой величины сигнал/шум на выходе предварительного фильтра ηФ;

3)определение реально достижимой величины КОСС предварительного усилителя;

4)расчет коэффициента усиления предварительного усилителя, достаточного для получения на его выходе отношения сигнал/шум ηПУ≥100;

5)определение полосы пропускания предварительного фильтра, необходимой для обеспечения на его выходе значения сигнал/шум (определенного в п. 2), и

сравнение полученного значения частоты с необходимым для адекватного перекрытия спектра сигнала значением частоты среза фильтра;

выбор частоты дискретизации АЦП fд и числа полюсов (порядка) предварительного фильтра, обеспечивающих минимальное перекрытие спектров на частоте fпер

16.Структуры типовыхфильтрующих звеньев; фильтры верхних и нижних частот;

полосовые и режекторные фильтры.

Структура типовых фильтрующих звеньев

Фильтры первого порядка

1. Пассивный ФНЧ. Пассивный ФНЧ является звеном первого порядка (интегрирующее звено). Простейший ФНЧ представляет собой Г-образный четырехполюсник (рис. 5.18).

R

где ω0 = R1C – частота полюса, равная в данном случае частоте среза, на которой коэффициент передачи снижается на 3дБ по сравнению с Т0,

Ниже представлены графические изображения АЧХ (рис. 5.19) и ФЧХ (рис. 5.20) данного фильтра.

Т(ω), дБ

20 lgТ0

20дБ/дек

ω

ω0

Рис. 5.19.

ϕ(ω), рад

-π/4 -π/2

Рис. 5.20.

2. Активный ФНЧ. Схемная реализация фильтра показана на рис 5.21.

Рис. 5.21.

Передаточная функция имеет вид:

T(p) = ω0 T0 .

ω0 + p

Коэффициент передачи на постоянном токе для инвертирующего включения (рис. 5.21а)

3. Активный ФВЧ. Ниже представлены графические изображения АЧХ (рис. 5.22) и ФЧХ (рис.5.23) данного фильтра.

Т(ω), дБ

20 lgТВЧ

ω

0 ω0

Рис. 5.22.

ϕ(ω), рад

π/2

π/4

ω

0 ω0

Рис. 5.23.

Передаточная функция фильтра имеет вид:

T(p) = TВЧ p ,

ω0 + p

где ТВЧ – коэффициент передачи на высоких частотах.

Схемная реализация фильтра для инвертирующего и неинвертирующего включений представлена на рис. 5.24.

R1

Рис. 5.24.

Коэффициент передачи на высоких частотах для инвертирующего включения (рис. 5.24а)

Схемы таких фильтров представляют собой обычные инвертирующий и неинвертирующий усилители, дополненные разделительным конденсатором для ослабления нижних частот.

4. Активный полосовой фильтр. Активный полосовой фильтр первого порядка является усилителем с двумя RC-цепями (рис. 5.25).

Рис. 5.25.

Передаточная функция фильтра имеет вид:

Из функции видно, что для полосового фильтра существуют два вещественных полюса,

Схема на рис. 5.25 представляет собой обычный инвертирующий усилитель с двумя дополнительными конденсаторами, обеспечивающими спад коэффициента усиления на низких и высоких частотах (рис. 5.26). Данную схему лучше всего использовать как широкополосный фильтр, у которого отношение частот равно ω2/ω1≥10. В этом случае

поскольку конденсаторы не так стабильны, как резисторы, то и стабильность коэффициента передачи ТП для данного фильтра будет низкой.

2. ФВЧ.

Фильтры по схеме Саллена-Кея, ФВЧ Баттерворта второго порядка, ФВЧ с многопетлевой обратной связью являются тем же самым, что и ФНЧ, только с учетом того, что все резисторы заменяются конденсаторами, а конденсаторы – резисторами

них обычно охвачен цепью местной отрицательной обратной связи (резистор RQ), которая позволяет устанавливать заданную добротностьQ, что, в свою очередь, будет определять ширину полосы пропускания ∆f. А резистор R f 0 и емкость С служат для определения

средней частоты f0.

Если в схеме на рис. 5.31 изменить порядок следования каскадов, то можно получить универсальное фильтрующее звено (рис. 5.32).

Схема состоит из сумматора А1 и двух интеграторов – А2 и A3.

Отличительной особенностью данного фильтра является наличие трех выходов, причем их передаточные функции соответствуют различным типам фильтров – ФНЧ (выход UНЧ), полосовой фильтр (выход UП) и ФВЧ (выход UВЧ).

На рис. 5.33 представлено графическое изображение АЧХ данного фильтра.

ТП

f

Рис. 5.33.

5. Режекторные фильтры.