Расчет и моделирование частотно-избирательного усилителя
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
?
Вывод: так как внутреннее сопротивление датчика меньше, чем входное сопротивление усилителя, то согласующего каскада между датчиком и усилителем не требуется.
Скорректируем амплитудно-частотную характеристику усилителя с помощью моделирования. В результате чего получаем следующие графики АЧХ и ФЧХ (рисунок 3).
Из графика АЧХ видно, что частота среза УНЧ находится ниже, чем определенная в задании, поэтому можно оставить усилитель с данными параметрами. Выбираем конденсаторы С1 = 1 мкФ керамические 16В, конденсатор С2 =50 мкФ, С4=50мкФ электролитические 16В.
Рисунок 3 - АЧХ и ФЧХ усилителя
Как видно из АЧХ частота среза усилителя 8.49 Гц.
1.3 Расчет полосового фильтра 2-го порядка
Выберем схему фильтра, изображенную на рисунке 2. Коэффициент передачи такого фильтра равен:
UВХ=UC5+UR9+UВЫХ
{5}
Заменим оператор Лапласа (p) на (jw), получим комплексный коэффициент передачи
Проверим вычисление в MathCad 2000, результатами проверки будут графики АЧХ и ФЧХ, рисунки 4 и 5:
Рисунок 4 - АЧХ фильтра
Рисунок 5 - ФЧХ фильтра
Так как полосовые фильтры пропускают сигналы в некоторой полосе частот от fН до fВ, то найдём используя АЧХ, построенную в MathCad их значение на уровне 0.707 от Кmax. В данном случае fН = 10 Гц, fВ = 490Гц. Следовательно ширина полосы пропускания будет равна
?FП = fВ - fН = 490 - 10 = 480 (Гц)
Центральная частота ПФ
Добротность фильтра
Q = fСР /?FП = 70/480 = 0,14.
Так как Q < 1, то данный фильтр является широкополосным.
Проверим полученные результаты, для этого смоделируем схему данного фильтра на ПЭВМ в программе Electronic Work Bench 5.12. В результате получим графики АЧХ и ФЧХ, изображенные на рисунке 6. Следовательно, теоретические и практические результаты совпали, значит, расчеты были произведены, верно.
Рисунок 6 - АЧХ и ФЧХ фильтра
Определим входное сопротивление фильтра (Rн=5 к Ом):
{1}
где - напряжение на выходе без сопротивления нагрузки; - напряжение на выходе с нагрузкой Rн.
Марку резисторов возьмем МЛТ, мощности 0,125 Вт. Конденсаторы С6 и С7 выбираем керамические низковольтные марки КМ-3.
4. Экспериментальная часть
Для согласования и проверки расчётов промоделируем всю схему в программе Electronic Work Bench 5.12.
Рисунок 7 - моделирование всей схемы
Проверим условие согласование усилителя с фильтром.
Так как выходное сопротивление усилителя Ом, а входное сопротивление фильтра минимум 394кОм, отсюда следует, что согласование хорошее.
Измерим напряжение на выходе усилителя при амплитуде входного сигнала, равной 30мВ. Это напряжение будет равно UВЫХ = В. При подключении фильтра, напряжение на выходе уменьшилось до В. Такое падение напряжение означает хорошее согласование усилителя с фильтром.
Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики, полученные при моделирование в программе Electronic Work Bench 5.12, представлены на рисунке 8.
Рисунок 8 - АЧХ и ФЧХ схемы
Рисунок 9 - Входной и выходной сигнал устройства
По осциллограмме можно определить коэффициент усиления, К=20
Заключение
В результате выполнения курсовой работы был произведен расчет и моделирование частотно-избирательного усилителя с заданными параметрами. Результаты моделирования показали, что напряжения и токи в основных узлах схемы соответствуют расчетным. Были выбраны марки резисторов, конденсаторов, транзисторов.
Получены амплитудно-частотные и фазовые характеристики усилителя и фильтра в отдельности и схемы в целом. Коэффициент усиления УНЧ равен к = 100.
Усилитель имеет входное сопротивление, равное 1 МОм, а выходное 100 кОм, что (как показывает моделирование) позволяет согласовать его с датчиком и полосовым фильтром без согласующих каскадов.
В результате расчета и моделирования полосового фильтра 2-го порядка была получена АЧХ, которая полностью соответствует заданным требованиям т.е. полоса пропускания лежит в пределах от 10 Гц до 490 Гц.
Была проделана работа, результаты которой в целом показали полное выполнение требований задания.
Список использованных источников
транзистор усилитель частота сопротивление
1. Алексеева И.Е. В помощь радиолюбителю: Сборник. - М.: Патриот, 1991. - 80 с.
. Иванов В.А. И др. Электронные устройства в системах управления средствами поражения и технических средствах охраны объектов. Пенза.: ПГУ, 2001. - 100 с.
. Джонсон Д., Джонсон Дис., Справочник по активным фильтрам. - М.: Энергоатомиздат., 1983.
. В помощь радиолюбителю, выпуск 109.
. Е.И. Манаев, Основы радиоэлектроники, Москва Советское радио, 1976 г.
. Конспект лекций по ЭиЭ.