Файл: Kurs_OTK_UA.doc

Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни «Основи теорії кіл» для студентів спеціальностей 6.170101 – “Системи технічного захисту інформації”, 6.160102 – “Безпека інформаційних і комунікаційних систем” усіх форм навчання /Укл.: Л.М. Карпуков, С.М. Романенко, А.О. Місюра. - Запоріжжя: ЗНТУ, 2007. - 50 с.

Укладачі: Л.М. Карпуков, професор, д.т.н.,

С.М. Романенко, доцент, к.ф.-м.н.,

А.О. Місюра, доцент, к.ф.-м.н.

Рецензент: Щекотіхін О.В., доцент, к.т.н..

Відповідальний

за випуск: А.О. Місюра, доцент, к.ф.-м.н.

Затверджено:

На засіданні кафедри

захисту інформації

Протокол № 4 від 5.12. 2007р.

ЗМІСТ

Загальна характеристика курсової роботи..........................................	4
1 Теоретичні основи синтезу електричних фільтрів……..................	5
1.1 Класифікація та частотні характеристики електричних фільтрів...................................................................................................	5
1.2 Загальна характеристика задачі синтезу електричних фільтрів...................................................................................................	7
1.3 Фільтри з максимально - плоскою характеристикою...............	10
1.4 Фільтри з Чебишевською характеристикою..............................	13
1.5 Реалізація драбинного реактивного кола...................................	17
1.6 Розрахунок нормованих параметрів низькочастотних фільтрів - прототипів.............................................................................	19
1.7 Частотні перетворення.................................................................	20
1.8 Алгоритм розрахунку параметрів фільтрів................................	23
2 Аналіз електричних фільтрів.............................................................	28
2.1 Аналіз частотних характеристик................................................	28
2.2 Аналіз передавальних функцій...................................................	32
2.3 Аналіз часових характеристик....................................................	35
3 Технічне завдання на проектування фільтру та графік виконання курсової роботи...................................................................	41
4 Правила оформлення пояснювальної записки.................................	45
5 Контрольні питання............................................................................	48
Перелік посилань……………………………………………………...	50

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА КУРСОВОЇ РОБОТИ

Мета курсової роботи - освоєння теоретичних основ і оволодіння практичними навичками синтезу електричних фільтрів та аналізу частотних характеристик і передавальних функцій частотно-вибіркових електричних кіл.

Курсова робота складається з двох частин. У першій частині за даними технічного завдання здійснюється синтез фільтрів в результаті вирішення задачі апроксимації і реалізації. У курсовій роботі для апроксимації частотних характеристик фільтрів використовуються функції Баттерворту і Чебишева, а для вирішення задачі реалізації фільтрів використовуються драбинні структури. У другій частині роботи здійснюється аналіз структур синтезованих фільтрів різного типу з використанням методів контурних струмів і вузлових потенціалів. За технічним завданням необхідно виконати синтез і аналіз двох типів фільтрів: фільтру нижніх частот або верхніх частот, а також смугового або загороджувального фільтру.

Методичні вказівки до курсової роботи містять всі необхідні теоретичні відомості, приклади вирішення проектних і розрахункових завдань, MATHCAD-програми, що забезпечують основні обчислювальні задачі. Наведено графік виконання курсової роботи і правила оформлення пояснювальної записки.

1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ СИНТЕЗУ ЕЛЕКТРИЧНИХ ФІЛЬТРІВ

Електричні фільтри – це частотно-вибіркові лінійні чотириполюсники, призначені для виділення або придушення частотних складових спектру вхідного сигналу, які розташовані в заданій смузі частот. Смуга частот, яка призначена для виділення частотних складових спектру сигналу, називається смугою пропускання фільтру. Смуга частот, в якій придушуються частотні складові спектру сигналу, називається смугою затримання.

1.1 Класифікація і частотні характеристики електричних фільтрів

Частотно-вибіркові властивості фільтру прийнято характеризувати частотною залежністю його комплексного коефіцієнта передавання за напругою:

, (1.1)

де ,- комплексні амплітуди напруги відповідно на вході і виході фільтру.

Частотна залежність комплексного коефіцієнта передавання за напругою характеризується амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) у вигляді і фазо-частотною характеристикою (ФЧХ) у вигляді .

Форма АЧХ коефіцієнта передавання фільтру визначається розташуванням по вісі частот смуг пропускання і затримання. По розташуванню смуг пропускання і загородження розрізняють: фільтри нижніх частот (ФНЧ), фільтри верхніх частот (ФВЧ), смугові фільтри (СФ) і фільтри, що загороджують (ЗФ). На рис. 1.1 зображено АЧХ ідеальних фільтрів перерахованих типів.

а) б) в) г)

Рисунок 1.1 - Типи фільтрів: а - фільтр нижніх частот (ФНЧ),

б - фільтр верхніх частот (ФВЧ), в - смуговий фільтр (СФ);

г - загороджувальний фільтр (ЗФ)

Технічні вимоги до АЧХ проектованого фільтру прийнято формулювати у вигляді вимог до частотної залежності його робочого загасання, яке визначається співвідношенням:

, (дБ), (1.2)

де - коефіцієнт передавання за потужністю.

У технічних вимогах на АЧХ задаються наступні величини:

- А_п - максимально-допустиме значення затухання в межах смуги пропускання;

- А_з - мінімально-допустиме значення затухання в межах смуги загородження.

Між смугою пропускання і смугою загородження реального фільтру розташовується смуга переходу, значення загасання в якій не нормується. Чим вужче смуга переходу, тим складніше структура фільтру. Для прикладу на рис. 1.2 графічно наведено вимоги на АЧХ фільтру нижніх частот. Пунктирною лінією вказана можлива реалізація АЧХ фільтру, що задовольняє заданим вимогам.

Рисунок 1.2 - Графічне зображення вимог на АЧХ фільтру нижніх частот

1.2 Загальна характеристика завдання синтезу електричних фільтрів

У загальному випадку синтез електричного кола - це визначення схеми електричного кола і параметрів складових її елементів, при яких частотні або часові характеристики кола задовольняють поставленим вимогам.

Завдання синтезу фільтрів за заданими частотними характеристиками включає завдання апроксимації і завдання реалізації. Завдання апроксимації полягає у виборі математичних функцій, за допомогою яких можуть бути наближені задані характеристики. Ці функції повинні задовольняти вимозі фізичної реалізації. Для фільтрів на зосереджених RCL-елементах вимога фізичної реалізації витікає з властивостей їх передавальних функцій