работа по дисциплине «Схемотехника эвм» (стр. 1 из 2)
 |
Кафедра ИКТ
Курсовая работа по дисциплине «Схемотехника ЭВМ»
на тему
«Активный фильтр нижних частот на операционном усилителе»
Выполнила: студентка
группы С-65
Белякова Д.Ю.
АннотацияВ курсовой работе разработан активный фильтр нижних частот на операционном усилителе в соответствии с техническим заданием. Построена принципиальной схемы, рассчитаны частотно-задающие элементы, разработана схема стабилизации амплитуды, а также выбрана элементная база.
Содержание2. Анализ технического задания. 4
3. Разработка функциональной схемы. 4
4. Разработка принципиальной схемы.. 5
4.2 . Расчет параметров схемы.. 5
Список используемой литературы.. 9
1. Техническое задание
1) Наименование разрабатываемого устройства:
Активный фильтр нижних частот на операционном усилителе
2) Параметры устройства:
Частота среза, Гц 1000
Крутизна ската АЧХ, Дб/окт 18
Коэффициент передачи в полосе пропускания 1
Сопротивление нагрузки, Ом 600
Амплитуда выходного сигнала, В, не менее 3
Неравномерность АЧХ в полосе пропускания
Дб, не более 6
2. Анализ технического задания
Целью курсовой работы является разработка активного фильтра нижних частот на операционном усилители. В начале разработки требуется определить тип проектируемого фильтра. Каждый полюс вносит в переходный участок частотные характеристики наклон -6 Дб/окт, поэтому в зависимости от крутизны ската выбирается порядок фильтра. Заданная крутизна ската АЧХ составляет -18 Дб/окт., поэтому этот фильтр относится к фильтрам третьего порядка. Решение поставленной задачи сводится к последовательному соединению фильтров меньших порядков, а именно фильтров первого и второго порядков.
3. Разработка функциональной схемы.
Поскольку в постановке задачи не изложено никаких требований относительно точности разрабатываемого фильтра, то единственным критерием подбора элементов, использующихся в принципиальной схеме, - это обеспечение заданных параметров работы устройства.
Расчет фильтра можно разбить на следующие этапы:
1. Нахождение количества каскадов фильтра. Поскольку крутизна ската АЧХ составляет -18 Дб/окт, то следует отнести разрабатываемый фильтрам к фильтрам третьего порядка. Для того, чтобы получить фильтр третьего порядка, следует соединить последовательно два каскада: фильтры первого и второго порядков.
2.
Выбор типа фильтра. Удобнее всего использование фильтра Саллена-Кея. Его особенностью является использование положительной обратной связи, которая действует в пределах частоты среза, что обеспечивает увеличение коэффициента усиления, а как следствие и изменение крутизны АЧХ.3. Выбор АЧХ. Существует три основных типа характеристик: Чебышева, Бесселя и Баттерворта. Характерным для АЧХ Баттерворта является равномерная АЧХ в полосе пропускания, а затем быстрый спад. АЧХ Чебышева имеет неравномерную АЧХ в полосе пропускания, которая может быть выбрана в зависимости от поставленной задачи от 0,5 Дб до 3 Дб. АЧХ Чебышева имеет более крутую АЧХ по сравнению с АЧХ Баттерворта. Фильтр Бесселя имеет оптимальную переходную характеристику, объясняемую пропорциональностью величины фазового сдвига частоте входного сигнала. Это свойство проявляется в отсутствии выбросов на фронтах импульсного сигнала. АЧХ Бесселя более пологая по сравнению с АЧХ Чебышева и Баттерворта. Поэтому целеобразно использовать АЧХ Баттерворта.
4. Разработка принципиальной схемы
В качестве активных элементов фильтра выбраны операционные усилители общего применения типа К140УД17.
Таблица 1. Коэффициенты затухания для фильтров второго порядка [6].
Фильтр второго порядка .
Последовательность расчета фильтра состоит из следующих шагов:
1. Определение соотношение f3ДБ/fср для фильтра Баттерворта (таблица 1).
f3ДБ/fср=1
2. Нахождение частоты среза звеньев фильтра.
Частота среза:
, где n-порядок фильтра. 
3. Расчет сопротивлений.
Выбирается тип операционного усилителя. В данном случае возможно применение К140УД17, прецизионного операционного усилителя, который имеет приемлемые напряжения смещения и токи смещения. Он может использоваться в измерительных цепях.
В начале расчета выбирается емкость С=0.015 мкФ (при использовании фильтра Саллена-Кея второго порядка С2=С3=С, R3=R4=R).
4. Сопоставляя с рядом номинальных значений сопротивлений, получим
5. Расчет коэффициента затухания.
Для определения коэффициента затухания используется таблица 1. Для фильтра Баттерворта второго порядка
.6. Нахождение Ra.
Ra=R=6.8 кОм.
Сопоставляя с рядом номинальных значений сопротивлений, получим
Расчет значения Rb:
Сопоставляя с рядом номинальных значений сопротивлений, получим
7. Коэффициент усиления в полосе пропускания.
Фильтр первого порядка
1. Расчет частоты среза.
2. Коэффициент передачи в полосе пропускания.
3. Значение коэффициента затухания для фильтра Баттервора первого порядка
[1].4. Расчет сопротивления частотозадающей цепи.
Для это выбирается величина С1 =0.1мкФ.
По этой величине рассчитывается сопротивление
Сопоставляя рассчитанную величину с рядом с рядом номинальных значений сопротивлений, выбираем значение 1.6 кОм.
Сопоставляя полученное значение с рядом номинальных значений сопротивлений, выбираем значение R1=4.7кОм.
Рис 1. АЧХ фильтра нижних частот.
