KR_tets

Таким образом, если найденная на этапе аппроксимации функция

удовлетворяет условиям физической реализуемости, то полином V( p ) можно представить как произведение двух комплексно-сопряженных полиномов вида

.YВЫХ1( p )=ZВХ2( p )

5. Получим дуальную схему фильтра, используя соотношение

Рис.4.14 Левая половина синтезируемого фильтра.

После объединения левой и правой половин (рис. 4.13 и 4.14) и замены источника тока на эквивалентный источник напряжения получим полную нормированную схему ФНЧ-прототипа (рис. 4.15)

Рис. 4.15 Полная схема ФНЧ-прототипа.

Рис. 4.16 Объединение правой и левой частей синтезируемого фильтра.

Рис.4.17 Полная дуальная схема ФНЧ-прототипа.

В

Оглавление

5.Переход от схемы ФНЧ-прототипа к схеме заданного фильтра

5.1Переход от нормированной схемы ФНЧ-прототипа к схеме заданного

фильтра

Для преобразования передаточной функции ФНЧ-прототипа в функцию

11

Ωp = a( Ω − Ω ).

Указанное преобразование частоты осуществляет замену нормированных элементов схемы ФНЧ-прототипа на нормированные элементы (или комбинации элементов) заданной схемы согласно табл.5.1. [1].

Таблица5.1. Замена элементов ФНЧ – прототипа элементами ФВЧ и ПФ.

В

Оглавление

5.2. Денормирование и расчёт элементов

схемы заданного фильтра

Для перехода от нормированной схемы к денормированной схеме с заданными нагрузочным сопротивлением R2 и граничной частотой f2 для ФНЧ и ФВЧ или f0 для ПФ осуществляется изменение уровня сопротивления и масштаба частоты с помощью следующих множителей:

а) преобразующий множитель сопротивления:

где R2 — нагрузочное сопротивление;

r2 — нормированное нагрузочное сопротивление; б) преобразующий множитель частоты:

Пример 5.1. Рассчитать схему ФНЧ, рассмотренного в примерах 3.1 и 4.1 (рис. 4.1), в которой R2 =800 Ом, f2=4кГц.

1. Рассчитаем преобразующие множители по сопротивлению nr (5.1) и по частоте nω (5.2) для ФНЧ

2. Денормированные значения элементов схемы ФНЧ по (5.4) (рис.5.1).

Рис. 5.1 Схема фильтра нижних частот третьего порядка.

R1 = r1 nr = 800 Ом, L1 = Kl l1 = 2,913 10−2 Гн,C2 = Kc c2 = 9,096 10−8 Ф,

L3 = Kl l3 = 2,913 10−2 Гн, R2 = r2 nr = 800 Ом.

Пример 5.2. Рассчитать схему ФВЧ, рассмотренного в примерах 3.2 и 4.3, в которой R2 = 800 Ом, f2 = 20 кГц.

1.Из двух дуальных схем ФНЧ-прототипа (рис. 4.9 и 4.11) выберем рис.

4.9с большим числом индуктивностей, которые в результате перехода к схеме ФВЧ преобразуются в ёмкости.

Осуществим переход от нормированной схемы ФНЧ-прототипа (рис. 4.9) к схеме ФВЧ по табл. 5.1, согласно которой каждая индуктивность lk переходит в

ёмкость ck = l1k , а каждая ёмкость cq - в индуктивность lq = c1q (рис. 5.2).

Рис. 5.2 Схема фильтра верхних частот пятого порядка. Где

nω = 2πf2 = 6,28 20 103 = 125600 рад/с и коэффициенты денормирования Kl и Kc (5.3)

C3 = Kc c3 = 5,7643 10−9 Ф.

Пример 5.3 Рассчитать схему ПФ, рассмотренного в примерах 3.3 и 4.4, в

которой R2 =800 Ом, f0=10 кГц, a=0,75.

1. Осуществим переход от нормированной схемы ФНЧ-прототипа (рис.4.15) к схеме ПФ по табл. 5.1, согласно которой каждая индуктивность lk переходит в последовательный контур с элементами

а каждая ёмкость cq - в параллельный контур с элементами

Рис. 5.3 Схема полосового фильтра восьмого порядка.

3. Определим денормированные значения элементов схемы ПФ (рис. 5.3) по формулам (5.4).

R1 = nr r1 = 286,5Ом; L1 = Kl l1n = 13,21мГн; C1 = Kcc1n = 1,9189 10−8 Гн; L2 = Kll2n = 3,284 мГн; C2 = Kcc2n =7,735 10−8 Ф ; L3 = Kll3n = 17,72 мГн; C3 = Kcc3n = 1,432 10−8Ф; L4 = Kll4n = 4,398 мГн;

C4 = Kcc4n = 5,765 10−8Ф; R2 = nr r2 = 800Ом;

Примечания. Можно показать, что:

1.Схемы фильтров Баттерворта, реализуемые по Дарлингтону и Попову, получатся одинаковыми как нормированные, так и денормированные. При этом во всех случаях (n – чётное и n – нечётное) r1=r2=1;

2.Схемы фильтров Чебышева, реализуемые по Дарлингтону и Попову, получаются одинаковыми только денормированные. При этом для n – нечётного r1=r2=1, а для n –четного в случае реализации по Дарлингтону r1=1,

апо Попову - r1·r2=1.

В

Оглавление

6. Расчет характеристик спроектированного фильтра

После выполнения синтеза электрического фильтра важно убедится в его соответствии техническим требованиям. Для этого разработчиком обязательно производится расчёт частотных характеристик рабочего ослабления A(f) и рабочей фазы B(f) спроектированного фильтра, по которым проверяется выполнение технических требований:

линейности в пределах полосы пропускания (если таковые имеются). Эта задача может решена:

- во-первых, расчетом указанных характеристик A( f )и B( f )по

полученной на этапе аппроксимации функции T( p ). Этим расчетом проверяется соответствие аппроксимированной рабочей передаточной функции

T( p )и, следовательно, функции рабочего ослабления A( f ) заданным техническим требованиям, то есть правильность выполнения этапа аппроксимации;

- во-вторых, расчетом частотных характеристик A( f )и B( f ) по

операторной передаточной функцииT( p ), полученной для разработанной на этапе реализации схемы фильтра заданным техническим условиям, то есть правильность синтеза фильтра в целом.

В первом случае расчет частотных характеристик A( f )и

B( f )предлагается студентам выполнить аналитически, а во втором – с использованием ЭВМ.

В

Оглавление

6.1 Аналитический метод расчета

характеристик фильтра

При расчете любого типа фильтра вычисляют нормированные частотные характеристики ФНЧ-прототипа, а затем, используя преобразования частоты, конструируют соответствующие частотные характеристики заданного ФВЧ или

ПФ. Таким образом, расчёт характеристик A( f )и B( f ) состоит из двух этапов:

-расчёт нормированных A(Ω )и B(Ω ) ( A( Ω p )и B(Ω p )) ФНЧ (ФНЧпрототипа);

-преобразование нормированных A(Ω )и B(Ω ) ( A( Ω p )и B(Ω p )) в соответствующие частотные характеристики A( f ) и B( f ) ФНЧ, ФВЧ и ПФ.

6.1.1 Расчёт нормированных частотных характеристик ФНЧ

Расчёт нормированных частотных характеристик рабочего ослабления A(Ω), (A(Ωр )) и рабочей фазы B(Ω), (B(Ωр )) ФНЧ (ФНЧ-прототипа) производим, пользуясь следующими соотношениями (1.1), (1.6):

Γ = ln 1 = A + jB

где T = T( jΩ ) = T( p ) p = jΩ( jΩ р );