Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Апреля 2013 в 23:43, курсовая работа
Понятие фильтра было введено в 1915г. Независимо друг от друга Дж. Кэмпбелом и К. Вагнером в связи с их исследованиями в области линий передачи и колебательных систем. Первые простейшие фильтры, служащие для разделения телеграфных и телефонных сигналов, передавшихся по одному проводу, и состоявшие из одной катушки индуктивности и одного конденсатора, были применены военным связистом капитаном Игнатьевым ещё в XIX веке. Другим простейшим типом фильтров, появившимся практически с момента зарождения радиотехники, был колебательный контур, также состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. С тех пор теория и технология фильтров непрерывно развивались и продолжают совершенствоваться по настоящий день.
Введение….………………………………………………………..…………4
1. Обзор ПО для проектирования динамических систем.......................….5
1.1 WInSet.................................................................................……..….….5
1.2 NI Multisim...................…………………..……....................................8
1.3 Dymola - Dynamic Modeling Laboratory...........................................10
1.4 Modelica..................................................................................................11
1.5 VisSim . ..................................................................................................12
1.6 Пакет Simulink.. ....................................................................................14
2. Метод проектирования устройств фильтрации по рабочим параметрам 19
2.1 Общие сведения…………………………………………….…….….19
2.2 Методика расчета фильтров на операционных усилителях………20
2.3 Вывод общего вида нормированного и денормированного коэффициентов операторной передаточной функции для фильтра….23
3. Виды аппроксимации частотных характеристик…………………..….25
3.1 Общие сведения.......................................................……..……..……25
3.2 Аппроксимация с помощью полиномов Баттерворта ....…….…26
3.3 Аппроксимация Чебышева инверсная..........................………….…29
4 Вывод передаточных функций звеньев по структуре Салена-Кея........31
5 Моделирование разрабатываемого фильтра на функциональном уровне в MathCAD в частотной и временной областях……………………...…..33
5.1 Характеристики в нормированном виде………………….…........33
5.2 Характеристики в денормированном виде……………….…….....36
6 Разработка принципиальной схемы фильтра и расчёт элементов….…40
7 Моделирование фильтра на схемотехническом уровне в системе Electronic Workbench в частотной и временной областях (измерение
АЧХ, ФЧХ, ИХ, ПХ.......................................................................................42
8 Измерение АЧХ фильтра в системе Electronic Workbench с помощью ЛЧМ сигнала…………………………………………………………..…....46
Заключение…………….…………………………………………..….…...48
Список литературы….…………………………………………..……...…49
Приложение А Схема электрическая принципиальная фильтра..………50
Приложение Б Текст программы в MathCAD……….…………………..52
6 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ФИЛЬТРА И РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ
По условию мы имеем ФВЧ десятого порядка, принципиальная схема в данном случае состоит из последовательно соединённых пяти структур Салена-Кея второго порядка.
Рисунок 6.1 - Фильтровое звено верхних частот второго порядка по структуре Саллена-Кея с аппроксимацией Баттерворта
Сравнивая (4.3) и (4.5), имеем систему уравнений для расчета номиналов схемы:
Поскольку уравнений три при шести неизвестных , то три номинала схемы следует задать (например и ). Причем, из первого и третьего уравнения в (6.1) выводится зависимость, что
согласно которой для удовлетворения условия , требуется выполнение неравенства . Последнее является условием распределения нормирующего множителя всего ФВЧ между каскадами.
Если , то , значит, схема работает в режиме повторителя (), если же , то и . Из третьего уравнения (6.4) выражают , подставляют это и вида (6.2) во второе уравнение (6.1). Указанные преобразования определяют квадратное уравнение для расчета:
В итоге имеем следующее
решение системы уравнений (6.
Полученные значения после расчетов в MathCAD приведены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 – Расчетные значения элементов фильтра
№ звена |
I |
II |
III |
IV |
V |
C1 |
2.2нФ |
2.2нФ |
2.2нФ |
2.2нФ |
2.2нФ |
C2 |
2.2нФ |
2.2нФ |
2.2нФ |
2.2нФ |
2.2нФ |
R1 |
542.85 кОм |
187.05 кОм |
120.09 кОм |
95.308 кОм |
85.979 кОм |
R2 |
13.284 кОм |
38.553 кОм |
60.048 кОм |
75.664 кОм |
83.875 кОм |
R3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
R4 |
1кОм |
1кОм |
1кОм |
1кОм |
1кОм |
Схему построим, выбирая ближайшие по значению номиналы элементов из базы программы National Instruments Electronics Workbench (Circuit Design Suite 10.0).