Файл: Элементы расчета активного фильтра на операционном усилителе.doc
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 22
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Содержание
Введение…………………………………………………………………….3Задание……………………………………………………………………...4
1. Классификация активных фильтров……………………………………5
2. Сравнительная оценка активных фильтров с
пассивными фильтрами электронных устройств……………………….6
3. Расчет и выбор элементов схемы усилителя………………………….7
4. Расчет амплитудно-частотной характеристики……………………..10
Заключение………………………………………………………………..11
Список литературы……………………………………………………….12
Приложение……………………………………………………………….13
Введение
Сегодня радиотехника – одна из важнейших отраслей науки и техники, имеющая впечатляющие достижения. Современная электронная техника работает в диапазонах мощностей от тысяч киловатт до долей ватта и на частотах от десятков герц до десятков гигагерц. Совершенствование техники требует развития элементной базы и внедрения новых схемных решений, широкого применения средств вычислительной техники. Важную роль в повышении эффективности работы радиосредств играет и научная организация эксплуатации радиооборудования, повышение квалификации и углубление профессиональной подготовки кадров, которым доверяется техника все возрастающей сложности . Курсовое проектирование является одним из важных направлений при подготовке студентов к самостоятельной инженерной деятельности. В процессе курсового проектирования студенты имеют возможность наиболее полно проявить свои индивидуальные способности и творчески применить полученные теоретические знания для решения конкретных инженерных задач. Основная задача курсового проектирования - закрепить полученные знания, содействовать сознательному их усвоению и осмысленному применению при решении поставленных задач. В данном курсовом проекте рассчитывается активный полосовой фильтр на операционном усилителе.
ЗаданиеТема: «Элементы расчета активного фильтра на операционном усилителе»
1. Исходные данные:
- эктрическая схема полосового фильтра, рис.1
- операционный усилитель – К140УД1А;
- коэффициент усиления на средней частоте – КU = 200;
- нижняя частота сопряжения – fH = 60 Гц;
- верхняя частота сопряжения – fB = 90 кГц;
- напряжение входного сигнала– UСД = 0,6 В.
- максимальный входной ток - IMAXC = 10мкА
2. Необходимо рассчитать:
- величины R1, R2, R3;
- величины емкостей конденсаторов С1, С2;
3. Построить амплитудно-частотную характеристику фильтра при изменении частоты f в пределах от 0 Гц до 50000 кГц и сделать вывод о том, какие частоты пропускает фильтр
Рисунок 1 – Электрическая схема фильтра
1. Классификация активных фильтровФильтры предназначены для пропускания определенных заданных частот, из всей полосы, поступающей на вход фильтра.
Активные фильтры обычно строят на основе операционных усилителей (ОУ), кроме ОУ в схему фильтра входят резисторы и конденсаторы.
По виду пропускаемых частот фильтры делятся на фильтры низких частот (ФНЧ) фильтры верхних частот (ФВЧ) и полосовые фильтры (ПФ)
Через ФНЧ проходят все частоты, начиная с нулевой (постоянный ток) и до частоты среза
. ФНЧ ослабляет все частоты, лежащие выше . Полосой пропускания ФНЧ называют диапазон частот от нуля до . Частотой среза называют частоту, на которой выходное напряжение фильтра уменьшается до уровня 0,707 ( - 3 дБ) от напряжения в полосе пропускания ФВЧ пропускает все частоты, начиная от
и, теоретически, до бесконечности. Реально же верхний частный предел ограничен частотными свойствами элементов входящих в схему. ФВЧ ослабляет частоты, лежащие ниже .Полоса пропускания ПФ расположена между двумя граничными частотами
- нижней частотой среза и
- верхней частотой среза. Как и рассмотренные ранее фильтры, ПФ пропускает все частоты, лежащие в полосе пропускания и подавляет частоты, лежащие вне ее
2. Сравнительная оценка активных фильтров с пассивными фильтрами электронных устройствДостоинства активных фильтров по сравнению с пассивными:
– активные фильтры не содержат катушек индуктивности, что приводит к уменьшению их габаритов и стоимости.
- по этой же причине характеристики активных фильтров более близки к идеальным;
– применение ОУ приводит к тому, что активный фильтр не вносит дополнительного ослабления сигнала и при необходимости могут усиливать сигнал в полосе пропускания;
– применение ОУ обеспечивает хорошую развязку входа и выхода;
Недостатки:
- необходимость в источнике питания (двуполярном);
- ограниченный рабочий диапазон частот.
3. Расчет и выбор элементов схемы усилителяК расчету задан активный полосовой фильтр на операционном усилителе в инвертирующем включении. Эквивалентная схема показана на рис.1
Рисунок1 – Эквивалентная схема активного полосового фильтра
Где
Назначение элементов схемы
С1 и R1 – элементы формирующие АЧХ фильтра в области нижних частот;
С2 и R2 – элементы формирующие АЧХ фильтра в области верхних частот;
R3 – балансировочное сопротивление, выравнивающее токи по входам и минимизирующее смещение.
DA1 – активный элемент, обеспечивает требуемый коэффициент усиления на средней частоте;
Коэффициент передачи такой схемы:
Входное сопротивление
Величины емкостей С1 и С2 выбирают так, чтобы в области средних частот они не оказывали влияния на частотную характеристику фильтра. Поэтому для этой области можно записать:
Полученные выражения оказываются основными для расчета фильтра в области средних частот.
Расчет начнем с выбора номинала резистора R1. Так как требования к определенной величине входного сопротивления фильтра на средних частотах не предъявляются, величину резистора выберем из условия минимального падения напряжения при протекании через него максимального входного тока операционного усилителя:
Тогда:
ОмВыбираем стандартное значение -5,1 кОм
Определяем мощность, рассеиваемую на данном резисторе:
ВтВыбираем резистор МЛТ-0,125Вт-5,1кОм±5%
Номинал резистора R2 рассчитаем из условия получения заданного в ТЗ коэффициента усиления на средних частотах:
ОмВыбираем стандартное значение -1 МОм.
Определяем мощность, рассеиваемую на данном резисторе:
ВтВыбираем резистор МЛТ-0,125Вт-1,5МОм±5%
Величина резистора R3 выбирается из условия равенства сопротивлений, подключенных к входам ОУ.
Выбираем стандартное значение - 5,1 кОм
Определяем мощность, рассеиваемую на данном резисторе:
ВтВыбираем резистор МЛТ-0,125Вт-5,1кОм±5%
Емкость С1 совместно с сопротивлением R1 определяет нижнюю частоту сопряжения полосового фильтра:
Откуда можно определить величину С1:
Принимаем стандартное значение – 0,51мкФ и выбираем конденсатор К73-11-63В-0,51мкФ±5%
Емкость С2 совместно с сопротивлением R2 определяет верхнюю частоту сопряжения полосового фильтра:
Откуда можно определить величину С1:
Принимаем стандартное значение – 2 пФ и выбираем конденсатор К10-62-М47-2пФ±0,5%
4. Расчет амплитудно-частотной характеристикиРасчет амплитудно-частотной характеристики выполним в программе Matcad, воспользовавшись выражением:
. Результаты расчета показаны на рис. 2
Рисунок 2 – Амплитудно-частотная характеристика
По виду АЧХ рассчитанного фильтра можно сделать вывод о том, что рассчитанный фильтр является полосовым, пропускающим средние частоты.
Заключение
В данной работе рассчитывался активный полосовой фильтр на операционном усилителе в инвертирующем включении.
В результате работы были рассчитаны величины пассивных элементов фильтра и из стандартного ряда выбраны их номиналы.
Рассчитана амплитудно-частотная характеристика фильтра.
Разработанный фильтр удовлетворяет требованиям задания.
Принципиальная схема фильтра и перечень элементов приведены в Приложении
Список литературы
-
Катаранов Б. А., Кузнецов М.А., Сиротинский И.Л. Электроника. Учнбно-методическое пособие к практическим занятиям. Серпухов,-2013 -
Катаранов Б. А., Электроника и электротехника. Раздел Элекктроника. Курс лекций. Серпухов, -2013
