Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Декабря 2013 в 02:49, курсовая работа
Фильтры применяются как в радиотехнике и технике связи, где имеют место токи достаточно высоких частот, так и в силовой электронике и электротехнике.
Для упрощения анализа будем считать, что фильтры составлены из идеальных катушек индуктивности и конденсаторов, т.е. элементов соответственно с нулевыми активными сопротивлением и проводимостью. Это допущение достаточно корректно при высоких частотах, когда индуктивные сопротивления катушек много больше их активных сопротивлений ( ), а емкостные проводимости конденсаторов много больше их активных проводимостей ( ).
Введение……………………………………………………………………………
1. Задание к курсовой работе………..……………………………………………
2. Порядок фильтров высокой и низкой частоты……………………………….
3. Значение нормированной частоты среза ὠс ФНЧ и ФВЧ… …………………
4. Схема и параметры ФНЧ и ФВЧ………………………………………………
5. Коэффициент перехода от нормированных параметров к реальным параметрам...
6. Реальные параметры схемы……………………………………………………..
7. Величина zприв для ФВЧ и ФНЧ…………………….…………………………..
8. Контрольные точки………………………………….…………………………..
9. Полосовой фильтр..…………………………………………………………………….
Заключение………………………………………………………………………….
Список использованной литературы……………………
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Кафедра: «Автоматика и телемеханика на ж/д транспорте»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Теория линейных электрических цепей»
КР пз
2013
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Кафедра: «Автоматика и телемеханика на ж/д транспорте»
Пояснительная записка
к курсовОЙ РАБОТЕ
на тему: «Расчет пассивных LC-фильтров и анализа их
рабочих характеристик»
КР пз
Выполнил:
Хазов А.А.
(подпись)
Проверил:
(подпись)
2013
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………
1. Задание к курсовой работе………..…………………………………………… |
|
2. Порядок фильтров высокой и низкой частоты………………………………. |
|
3. Значение нормированной частоты среза ὠс ФНЧ и ФВЧ… ………………… |
|
4. Схема и параметры ФНЧ и ФВЧ……………………………………………… |
|
5. Коэффициент перехода от нормированных параметров к реальным параметрам... |
|
6. Реальные параметры схемы…………………………………………………….. |
|
7. Величина zприв для ФВЧ и ФНЧ…………………….………………………….. |
|
8. Контрольные точки………………………………….…………………………. |
|
9. Полосовой фильтр..………………………………………………………… |
|
Заключение…………………………………………………… Список использованной литературы…………………………………………….. |
ВВЕДЕНИЕ
Электрическая цепь - совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может протекать электрический ток.
В теории электрических цепей на основе применения закона Ома и законов Кирхгофа рассматриваются зависимости между электрическими напряжениями и электрическими токами в различных проводящих контурах электрических цепей.
В ТЭЦ широко применяется принцип идеализации, состоящий в рассмотрении какого-либо из существенных свойств реальной электрической цепи сосредоточенным в конкретном элементе эквивалентного проводящего контура. Использование этого принципа основано на двух допущениях:
- что величины тока в любой точке электрической цепи, состоящей из одного проводящего контура, равны между собой;
- что при рассмотрении электрических процессов, происходящих в конкретном элементе электрической цепи, остальная часть реальной электрической цепи может быть заменена эквивалентной ей электрической цепи с совокупностью электрических свойств, обнаруживаемых через точки соединения электрической цепи с рассматриваемым ее элементом (следует из закона Ома).
Электрический фильтр - это четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот.
Полоса пропускания или полоса прозрачности фильтра - это диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием);
Полоса затухания или полоса задерживания (режекции) фильтра - это диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием.
Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания.
В качестве пассивных фильтров обычно
применяются четырехполюсники на основе
катушек индуктивности и
Фильтры применяются как
в радиотехнике и технике
Для упрощения анализа будем
считать, что фильтры составлены
из идеальных катушек
Фильтрующие свойства четырехполюсников обусловлены возникающими в них резонансными режимами – резонансами токов и напряжений. Фильтры обычно собираются по симметричной Т- или П-образной схеме, т.е. при или . В этой связи при изучении фильтров будем использовать введенные в предыдущей лекции понятия коэффициентов затухания и фазы.
Классификация фильтров в зависимости от диапазона пропускаемых частот приведена в таблице 1.
Таблица 1 - Классификация фильтров:
Название фильтра |
Диапазон пропускаемых частот | |||
Низкочастотный фильтр (фильтр нижних частот) |
||||
Высокочастотный фильтр (фильтр верхних частот) |
||||
Полосовой фильтр (полосно-пропускающий фильтр) |
||||
Режекторный фильтр (полосно-задерживающий фильтр) |
где |
Целью курсовой работы является овладение практическими методами расчета пассивных LC-фильтров и анализ их характеристик, закрепление знаний курса «Теории линейных электрических цепей», получение навыков самостоятельного решения инженерных задач.
Курсовая работа состоит в расчете пассивных LC-фильтров, отвечающих техническим требованиям, сформулированным в индивидуальном задании, выборе их схем и проверке правильности расчета т выбора. Проверка выполняется решением задачи анализа и состоит в построении амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик полученных фильтров методами теории цепей.
Электрическим фильтром называется линейный четырехполюсник, предназначенный для выведение из состава сложного электрического колебания, подведенного к его входу, частотных составляющих, расположенных в заданной полосе частот, и подавление тех составляющих, которые расположены в других так же заданных частот. Указанные частотные полосы называются полосой пропускания и полосой задержания.
По взаимному расположению полос пропускания и задержания, различают фильтры: нижних частот, полосовые и режекторные.
Цель курсовой работы является, в построении фильтра по заданным характеристикам. Характеристики задаются 4-мя параметрами: amax, amin, fc, fs.
1. Задание к курсовой работе
Исходные данные фильтров и их характеристика для выполнение курсовой работы приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Исходные данные:
Наименование фильтров
Характеристика |
Ед. из. |
ФНЧ |
ФВЧ |
Полосовой фильтр |
fc2 |
Гц |
11000 |
- |
5600 |
fc1 |
Гц |
- |
5600 |
11000 |
fs2 |
Гц |
32000 |
- |
1900 |
fs1 |
Гц |
- |
1900 |
32000 |
amax |
ДБ |
0,099 |
0,099 |
0,099 |
amin |
ДБ |
60 |
60 |
60 |
R1 = R2 |
Ом |
1000 |
1000 |
1000 |
Цель курсовой работы является, в построении фильтра по заданным характеристикам.
Характеристики задаются 4-мя параметрами: amax, amin, fc, fs:
где amax – максимальное допустимое значение в полосе пропускания, ДБ;
amin - минимальное допустимое значение в полосе пропускания, ДБ;
fc – максимальная частота для ПН, Гц;
fs – минимальная частота для ПН, Гц;
R1 = R2 – сопротивление источника, Ом.
2. Порядок фильтров высокой и низкой частоты
Фильтры высоких и низких частот - это электрические цепи, состоящие из элементов, обладающих нелинейной АЧХ - имеющих разное сопротивление на разных частотах.
Частотные фильтры можно поделить на фильтры верхних (высоких) частот и фильтры нижних (низких) частот, фильтры средних частот, это, как правило, либо комбинация двух фильтров нижних и верхних частот, либо другого рода полосовой фильтр.
Определим порядок фильтра n по заданной характеристике (ФНЧ, ФВЧ):
Фильтр нижних частот (ФНЧ) - фильтр с полосой пропускания от 0 до частоты ωс и с полосой подавления от ωс до бесконечности (ωс<ωs).
Произведем расчет для ФНЧ:
Округлим полученный результат в большую сторону: n = 6
Фильтр верхних частот (ФВЧ) - фильтр с полосой пропускания от частоты ωс до бесконечности и с полосой подавления от 0 до ωс (ωс >ωs).
Произведем расчет для ФВЧ:
Округлим полученный результат в большую сторону: n = 9
Таким образом мы получили порядок фильтра n по заданным характеристикам (ФНЧ и ФВЧ), в первом расчете для ФНЧ, n = 6, с округлением в большую сторону. Во втором расчете для ФВЧ, n = 9. Полученные значения, подставим в следующий пункт для определения частоты среза нормированной ὠс.
Степень полинома знаменателя n определяет порядок фильтра. Будет показано, что реальные АЧХ лучше (более близки к идеальным) для фильтров более высокого порядка. Однако повышение порядка связано с усложнением схем и более высокой стоимостью. Таким образом, один из аспектов разработки фильтров связан с получением реализуемой характеристики, аппроксимирующей с некоторой заданной степенью точности идеальную характеристику при наименьших затратах.
3. Значение нормированной
Частота среза ὠс - скаляр или двухэлементный вектор, элементы которого представляют собой нормированные частоты и могут лежать в диапазоне от 0 до 1, при этом 1 соответствует частоте Найквиста, равной π радиан на отсчет.
Определим значение нормированной частоты среза ὠс для ФНЧ и ФВЧ:
Производим расчет для ФНЧ:
где выбирается из таблиц, исходя из условия: ,,
Гц
Тот же расчет произведем для ФВЧ:
Гц
Частота среза для ФНЧ и ФВЧ найдена, решена задача нахождения подходящей передаточной функции, удовлетворяющей заданным требованиям. Эта задача сводится к выбору аппроксимирующей функции, то есть к выбору фильтра соответствующего типа.
4. Схема и параметры ФНЧ и ФВЧ
Схемная реализация выбранной в предыдущих этапах передаточной функции. Решение этой задачи для основных типов фильтров (Баттерворта, Чебышева, эллиптических), реализуемых как в виде пассивных LC-схем. Тем самым в инженерных приложениях сводятся к выбору типа фильтра (вида аппроксимирующей функции) и определению по таблицам или графикам соответствующих коэффициентов передаточной функции, устанавливающих в конечном итоге параметры элементов фильтра.
Информация о работе Расчет пассивных LC-фильтров и анализа их рабочих характеристик