Фильтр верхних частот
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Кафедра РЭСЗИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по диiиплине Схемотехника аналоговых устройств
на тему
Фильтр верхних частот
Выполнил: студент
Иванов И. И.
Проверил: Петров П. П.
Санкт-Петербург 2011
Аннотация
В курсовой работе разработан активный фильтр верхних частот на операционном усилителе, в соответствии с техническим заданием. Построена принципиальной схемы, расiитаны частотно-задающие элементы, а также выбрана элементная база.
Содержание
1. Техническое задание
2. Анализ технического задания
3. Разработка функциональной схемы
4. Разработка принципиальной схемы
4.1 Выбор элементной базы
4.2 Раiет параметров схемы
Список используемой литературы
Приложение
Выводы и анализы полученных результатов
1. Техническое задание
) Наименование разрабатываемого устройства:
Фильтр верхних частот
) Параметры устройства:
Частота среза, Гц - 1
Крутизна ската АЧХ, Дб/окт - не менее 40
2. Анализ технического задания
Целью курсовой работы является разработка фильтра верхних частот на операционном усилителе. В начале разработки требуется определить тип проектируемого фильтра. Каждый полюс вносит в переходный участок частотной характеристики наклон 6 Дб/окт, поэтому в зависимости от крутизны ската выбирается порядок фильтра. Заданная крутизна ската АЧХ составляет 40 Дб/окт., поэтому этот фильтр относится к фильтрам седьмого порядка. Решение поставленной задачи сводится к последовательному соединению фильтров меньших порядков, а именно фильтров третьего и первого порядков.
3. Разработка функциональной схемы
Раiет фильтра можно разбить на следующие этапы:
.Нахождение количества каскадов фильтра. Поскольку крутизна ската АЧХ должна составлять не менее 40 Дб/окт, то следует отнести разрабатываемый фильтрам к фильтрам седьмого порядка. Для того, чтобы получить фильтр седьмого порядка, следует соединить последовательно четыре каскада: три фильтра второго и один первого порядка.
.Выбор типа фильтра. Воспользуемся схемой с многопетлевой обратной связью (МОС). Ее плюсами являются хорошая стабильность характеристик и низкое выходное полное сопротивление схемы. Таким образом удобно каскадно соединять с звеньями более высокого порядка. Недостаток - невозможность достичь высокого значения добротности Q без значительного разброса значений. Для достижения хороших результатов необходимо, чтобы выполнялось условие KQ<100 при Q<10. Также ниже рассмотрена схема со структурой Саллена-Ки.
. Выбор АЧХ. Существует три основных типов 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 0,1 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 целесообразно рассмотреть две АЧХ - Баттерворта и Чебышева, чтобы понять какая лучше подойдет для данного утройства.
4. Разработка принципиальной схемы
.1 Выбор элементной базы
В качестве активных элементов фильтра выбраны операционные усилители общего применения типа LF347. Его особенностью является высокое входное сопротивление (так как на входе операционного усилителя используются полевые транзисторы) что является необходимым условием для реализации данного типа фильтра.
К-т подавления синфазного сигнала100 000Входной ток короткого замыкания20 мАРазность входных токов смещения25пАВыходное сопротивление на переменном токе50 ОмМаксимальное выходное положительное напряженение12.9 ВМаксимальная скорость нарастания выходного напряжения13*106 В/сМаксимальная скорость нарастания выходного напряжения17.5*106 В/сВыходное сопротивление на постоянном токе75 ОмРассеиваемая мощность25 мВтНапряжение смещение нуля5 мВтип входных транзисторовполевые емкость коррекции10пФМаксимальное выходное отрицательное напряжение-12.9 Ввходной ток смещения50пАКоэффициент усиления100 000Рассеиваемая мощность25 мВт
4.2 Раiет параметров схемы
Таблица 1Коэффициенты полинома H(s) для фильтра Баттерворта седьмого порядка
Для каждого каскада возьмем Ki=2, чтобы выполнялось условие KiQi<100; (i=1,2,3)
Будем расiитывать каждое звено по отдельности.
H(s)=U(in)/U(out)=П{(Ki*s2)/[s2+(Bi*?c/Ci)*s+ ?2/Ci} ; i=1..7i2=Ci1/Ki1=Bi/[(2*Ci1+Ci2)* ?]i2=[(2*Ci1+Ci2)*Ci]/(Bi*Ci1*Ci2* ?)
где ? - частота среза
Первый каскад:
C11=10/fc мкФ => C11=10 мкФ C12= C11/K=5 мкФ R11= B1/[(2*C11+C12)* ?]=0,39/[(2*10*10-6+5*10-6)*2*3,14]=2,5 кОм R12=[(2*C11+C12)*C1]/(B1*C