 |
Требования к частотной характеристике фильтра.
|
|
|
|
Содержание
Задание
Теоретические сведения
Порядок расчета и соображения по методике настройки активных фильтров
Расчет фильтра
Список литературы.
Задание №6 КП ЭБРЭ
Спроектировать активный RC - фильтр нижних частот с ограниченной полосой пропускания, удовлетворяющий следующим требованиям:
- полоса пропускания фильтра от 40 Гц до 60 кГц;
- неравномерность затухания в полосе пропускания должна быть не хуже 1,5дБ;
- полоса задерживания на частоте равной 100 Гц и выше до 500 кГц;
- относительное затухание в полосе задерживания, начиная с частоты равной 100 Гц не менее 30 дБ;
- выходное напряжение около 0,5В на высокоомной (104 Ом) нагрузке.
Теоретические сведения
Тенденция к микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры в очень острой форме ставит вопрос о путях дальнейшего развития техники селективных устройств.
Уменьшение габаритов LC -фильтров ограничено тем, что добротность катушек индуктивности падает с уменьшением их размеров. Выбирая величину нагрузочного сопротивления LC- фильтра, можно уменьшить индуктивность но при этом необходимо во столько же раз увеличить емкость, т.е. это не приводит к существенному уменьшению габаритов. В то же время активный RС-фильтр можно выполнить в виде микромодульной конструкции или интегральной схемы/ Величину емкости в нем можно уменьшить, увеличивая во столько же раз сопротивление, габариты которого не зависят от номинала
Технология изготовления катушек индуктивности является специфической и вызывает ряд затруднений, особенно в тех случаях когда фильтры занимают сравнительно малый удельный вес в общем объеме аппаратуры. При использовании в фильтрах индуктивностей необходима герметизация всего фильтра или каждой катушки индуктивности в отдельности, что связано с дополнительными технологическими операциями и увеличением веса.
|
|
|
Первые активные RC -фильтры в которых использовались электронные лампы, были известны еще в 30-е годы. Однако их широкое применение стало возможным лишь после организации промышленного производства транзисторов. Тогда появились много численные работы по теории активных RC -цепей и по вопросам инженерного расчета и проектирования активных RC- фильтров.
Описанные в литературе активные фильтры можно подразделить, прежде всего, на линейные и нелинейные (цифровые). В первых активные элементы работают в линейном режиме, во вторых используются импульсные схемы типа мультивибраторов, триггеров и т.д.
Хотя частотные характеристики коэффициентов передачи активных фильтров описываются такими же уравнениями, как и характеристики LC-фильтров, расчеты их различны, и это представляет собой одно из серьезных затруднений при переходе к активным RC -фильтрам. Для активных RС-фильтров не существует метода, который позволял бы расчленять схему на отдельные звенья, рассчитываемые независимо одно от другого. При расчете активных RС-фильтров характеристики отдельных каскадно включаемых звеньев должны подбираться таким образом, чтобы добиться приблизительно постоянного затухания всего фильтра в пределах полосы пропускания. Поэтому, хотя активные RС-фильтры реализуются, как правило, в виде каскадного соединения звеньев, эти звенья рассчитываются все вместе, что, естественно, делает расчет значительно более сложным, хотя в то же время и более строгим, за счет использования методики синтеза по рабочим параметрам
Процесс синтеза электрической схемы можно, как известно, разделить на три этапа:
1) аппроксимацию, т.е. получение математического выражения заданной частотной зависимости затухания.
|
|
|
2) реализацию, т.е. составление соответствующей этому выражению идеализированной электрической схемы;
3) составление реальной электрической схемы, учитывающей неидеальность схемных элементов, наличие источников питания, цепей подачи смещения, введение дополнительных элементов с целью компенсации температурных зависимостей, целесообразный выбор величин схемных элементов с целью получения минимальных габаритов, минимальной чувствительности цепи к изменениям величин элементов и т д.
Первый этап синтеза — аппроксимация — в рассматриваемом случае активных RС-фильтров может основываться на математическом аппарате теории наилучшего приближения функций, нашедшем довольно широкое применение при решении задачи синтеза LC-фильтров по рабочим параметрам. Этот аппарат при проектировании LC-фильтров мог казаться излишней роскошью, поскольку давал довольно скромную экономию в числе схемных элементов при непропорционально большом усложнении расчетов.
При синтезе активных RC-фильтров он становится необходимостью, а использование электронных вычислительных машин и построенных с их помощью расчетных таблиц позволяет сократить трудоемкость расчета.
Второй этап синтеза — реализация --в случае активных фильтров связи со значительно большей неоднозначностью решения, чем для LC-схем.
В настоящее время существует большое количество вариантов схемных решений, которые можно сгруппировать в четыре основные вида схем на основе:
— конверторов (преобразователей) отрицательного сопротивления;
— гираторов;
— усилителей с ограниченным коэффициентом усиления (с положительной обратной связью);
— операционных усилителей.
Требования к активным RС-фильтрам в силу специфики их построения несколько отличаются от обычно предъявляемых к частотным фильтрам.
Требования к частотной характеристике фильтра.
Для LC -фильтров они определяются неравномерностью затухания в полосе пропускания и величиной относительного затухания в полосе задерживания. Поскольку в активных RС-фильтрах существует усиление сигнала в полосе пропускания, то для них можно говорить о неравномерности усиления в полосе пропускания и относительном усилении в полосе задерживания. Однако здесь используется традиционная терминология.
|
|
|
Входное и выходное сопротивления фильтра.
Применение активных элементов в фильтрах позволяет развязать фильтр со стороны входа и выхода без дополнительных схемных элементов. При этом, в отличие от LC-филыров, входное и выходное сопротивления могут иметь чисто активный характер, т. е. не зависеть практически от частоты, как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания. Каскадное включение звеньев производится не по принципу согласования (равенства входного и выходного сопротивлений стыкуемых звеньев), а соединением низкоомного выходного сопротивления с высокоомным входным и наоборот.
|
|
|
12 |
