Курсовая: Расчет электрических фильтров - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Расчет электрических фильтров

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 3515 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

2 Академия Кафедра «Радиотехник а и электроник а » Курсов ой проект по дисциплине «Основы теории цепей» Расчёт электрических фильтров Задание По заданным требованиям произвести расчет : 1) Ф ВЧ Чебышева , предназначенного для аппаратуры уплотнения специального типа. Дать оценку полученных решений и обосновать выбор ва рианта фильтра. · Граница полосы пропускания фильтра: f 0 = 83 кГц; · Граница полосы задержания фильтра: f к = 44,86 кГц; · Неравномерность характеристики затухания в полосе пропуск а ния: Д а = 0, 17 дБ; · Гарантированное затухание в полосе задержки: а 0 = 2 ,6 5 Нп ; · Сопротивление генератора и нагрузки: R г = R н = 350 Ом; 2) ПФ Баттерворта предназначенного для аппаратуры уплотнения специального типа. Дать оценку полученных решений и обосновать выбор ва рианта фильтра. · Границ ы полосы пропускания фильтра: f -х = 31 кГц , f х = 42 кГц ; · Граница полосы задержания фильтра: f - к = 28,1 кГц; · Неравномерность характеристики затухания в полосе пропуск а ния: Д а= 1,55 дБ; · Гарантированное затухание в полосе задержки: а 0 = 2,25 Нп ; · Сопротивление генератора и нагрузки: R г = R н = 350 Ом; Аннотация Данная курсовая работа предназначена для закрепления, систематиз а ции и расширения знаний, полученных в ходе изучения темы «Фильтры» по дисциплине Основы Теории Цепей. Курсовая работа представляет собой творческое решение конкретных инженерных задач, в ходе выполнения к о торых произво дится анализ и расчет фильтров , а также выбор варианта фил ь тров по полученным результатам в соответствии с требованиями. Работа состоит из расчёта двух фильтров, а также пояснительных р и сунков и приложений. Работа выполнялась с учетом рекомендаций учебного пособия [1]. Э ту работу можно разделить на две част и . В первой части производится расчёт фильтра высоких частот Чебыш е ва и проверяется правильность расчёт а посредством моделирования фильтра в среде Е lektronics Workbench , версия 5.12. Во второй части производится расчёт полосового фильтра Баттерворта , а также проверяется правильность расчёта. В конце курсовой работы представлены приложения включающие в с е бя принципиальные схемы фильтров и спецификацию элементов. В заключени е делается вывод о проделанной работе. Оглавление Зад а ние…………………………………………………………………… .. 2 Аннотация………………………………………………………………….3 Оглавление…………………………………………………………………4 Введение……………………………………………………………………5 1. Разработка фильтра высоких частот Чебышева …………………… . . .. 7 1.1 Анализ задания…………………………………………………………7 1.2 Расчёт ФВЧ Чебышева ...………………………………………… .. … . 7 2. Разработка полосового фильтра Баттерворта ……………………….. 15 2 .1 Анализ задания……………………………………………………… .. 15 2 .2 Расчёт ПФ Баттерворта ...…………… …. ………………………… .... 15 Заключение…………………… ………………………………………. …. 2 3 Библиографический список………… …………………………….. ……. 2 4 Приложение 1.1 …………… ……………………………………………. ..2 5 Приложение 1.2 ………… …………………………………………….. ….2 6 Приложение 2.1 …………… ………………………………………….. ….2 7 Приложение 2.2 …………… ……………………………………………... 2 8 Введение Электрический фильтр представляет собой четырехполюсник, предн а значенный для выделения из состава сложного электрического колебания ч а стот ных составляющих, расположенных в заданной полосе частот, и пода в ления тех составляющих, которые расположены в других полосах частот. Первая из названных полос представляет собой полосу пропускания, а вторая – полосу задерживания. В начале нашего столетия электрические фильтры, составленные из р я да катушек индуктивности и конденсаторов, получили широкое применение в технике. Благодаря их применению оказалось возможным осуществление многих магистралей дальней телефонной, телеграфной и других видов связи. В 30-е годы началось развитие современной теории построения электрич е ских фильтров, основанной на использовании строгих математических мет о дов наилучшего приближения функций, разработанных великим русским ученым и математиком П.Л. Чебышевым и его учениками и последовател я ми. Применение этих методов позволило обеспечить построение электрич е ских фильтров с нужными характеристиками при минимально необходимом числе элементов. Особенно быстрое и плодотворное развитие методов синт е за электрических цепей, и в частности электрических фильтров, достигнуто в результате применения ЭВМ и разработки специальных методов расчета. В настоящее время электрические фильтры реализуются не только в виде эле к трических цепей с катушками индуктивности и конденсаторами, но также практическое применение получили кварцевые, электромеханические, акти в ные RС - фильтры и другие. По взаимному расположению полос пропускания и полос задержив а ния различают фильтры нижних частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосовые (ПФ) и режекторные фильтры (РФ). Электрические фильтры, у которых передаточная функция имеет вид , получили название полиномиальных. Фильтры, у которых в ходе решения задачи аппроксимации использ у ются методы теории наилучшего равномерного приближения функций и, как следствие, характеристики затухания которых в полосе пропускания имеют равные минимумы и равные максимумы, называются фильтрами с равново л новыми характеристиками затухания, а полиномиальные фильтры этого типа часто называются фильтрами с характеристиками Чебышева. Если необходимо получить фильтр с большим затуханием в полосе з а держивания, применение полиномиальных конструкций приводит к знач и тельному числу элементов. В таких случаях необходимо обратиться к другим передаточным функциям: где … - частоты в полосе затухания, где АЧХ фильтра обращается в нуль (затухание принимает бесконечно большое значение, т.е. наблюдается всплеск затухания). Фильтры с такими передаточными характеристиками называются фильтрами с характеристиками Золотарёва, характеристики з а тухания которых удовлетворяют следующим требованиям: а) затухания фильтра в полосе пропускания не должны превышать а, а в полосе задержания быть не менее <а 0 ; б) функция, которая в интервале нормированных частот от 0 до 1 не превышала бы 1, а в интервале частот больших 1 наименьшее по модулю ее значение было бы максимально возможным, называется дробью Золотарёва. Иногда фильтры с характеристиками затухания Золотарёва называют элли п тическими, поскольку значения нулей и полюсов дроби Золотарёва выраж а ются через эллиптические функции. 1. Разработка фильтра высоких частот Чебышева 1.1 А нализ задания В данном разделе производится расчет ФВЧ, предназначенного для а п паратуры уплотнения специального типа. Рассчитанный фильтр должен удовлетворять следующим требованиям: - затухание фильтра в полосе пропускания не должно превышать з а данной неравномерности затухания а; - в полосе задержания затухание должно быть не меньше гарантир о ванного затухания а 0 . Неравномерность затухания и гарантированное затухание определяют количество элементов, число звеньев схемы, причем данные величины дол ж ны быть обеспечены при любых обстоятельствах. Требования к частотной зависимости затухания ФВЧ Чебышева: 1. Граница полосы пропускания фильтра: f 0 = 83 кГц; 2. Граница полосы задержания фильтра: f к = 44,86 кГц; 3. Неравномерность характеристики затухания в полосе пропуск а ния: Д а=0, 17 дБ; 4. Гарантированное затухание в полосе задержки: а 0 = 23 дБ ; 5. Сопротивление генератора и нагрузки: R г = R н = 350 Ом; Требования к частотной зависимости затухания этого фи льтра изобр а жены на рисунке 1.1. 1.2 Расчет ФВЧ Чебышева Расчёт ФВЧ производится на основе расчета ФНЧ-прототипа, для к о торого производится пересчет частот, при этом порядок расчета следующий: Рис. 1.1 Требования к характеристике затухания фильтра высоких ч а стот 1) пересчет требований, сформулированных к ФВЧ, в требования к ФНЧ-прототипу; 2) расчет ФНЧ-прототипа; 3) пересчет параметров элементов ФНЧ-прототипа в параметры ФВЧ; 4) выбирается схема фильтра и определяется число элементов в ней; 5) изображается схема фильтра с параметрами элементов по ГОСТ и производится контрольный расчет затухания фильтра. Зная частоты 0 и К, найдем граничные частоты полосы пропускания и полосы задерживания ФНЧ-прототипа: , . По найденным граничным частотам 0П и КП , а также заданным а и а 0 рассчитаем ФНЧ с характеристиками Чебышева . Произведем нормирование полученных частот: . Минимально возможный порядок передаточной функции рассчитыв а ется по формуле с учетом нормированной частоты полосы задержания ФНЧ-прототипа: (1) Подставляя численные значения в ( 1 ) получаем Так как, в результате расчетов, минимальный порядок оказался равным 4, 04 , то полученное значение округляется до большего ближайшего целого числа, т.е. n ч = 5 . Выберем схему ФНЧ-прототипа, которая определяется на основании принятого значения n ч в соответствии с рисунком П . 2. 5 [ 1 ] . Схема ФНЧ-прототипа представлена на рисунке 1.2. Рис. 1.2. Схема ФНЧ – прототипа для расчёта Выпишем нормированные значения емкостей, индуктивностей, а также значения нулей и полюсов затухания фильтра в зависимости от а, а 0 и к n из таблицы П. 2.6 [ 1 ] : L 1 = 1 , 144 ; L 3 =1, 972 ; L 5 = 1 , 144; C 2 =1, 372 ; C 4 = 1 , 372 . Рассчитаем истинные значения индуктивностей и емкостей для схемы ФНЧ-прототипа по следующим формулам: и (2) Тогда подставив нормированные значения ёмкостей и индуктивностей в (2) получим: , , , , . Истинные частоты значений нулей и полюсов ослабления с учетом граничной частоты полосы пропускания рассчитаем по следующим выр а жениям: , (3) С огласно [ 1 ] нормированные значения частот нулей ослабления для ФВЧ Чебышева с оставляют: , . Тогда согласно выражений (3) истинные значения равны : ; ; При переходе от схемы ФНЧ-прототипа к ФВЧ необходимо в схеме ФНЧ индуктивности L i преобразовать в емкости С i ’ , а емкости С i в инду к тивности L i по следующим формулам: , . (4) Подставив численные значения в (4) получим: Схема ФВЧ пятого порядка в общем случае имеет вид представленный на рисунке 1.3. Рис. 1.3. Схема рассчитанного фильтра высоких частот Каждому истинному значению частоты нулей ФНЧ-прототипа фнч с о ответствует частота ФВЧ фвч . Связь между ними выражается следующей формулой: . Рассчитаем характерные частоты ФВЧ: , , , на основании проведенного расчета частот построим характеристику фильтр а высоких частот Чебышева ( рис 1.4 ) . Так как рассчитанные емкости конденсатора отличаются от ГОСТ, Осуществим подбор номиналов конденсаторов для получения рассчитанных емкостей конденсаторов: C 1 = 4790 п Ф = 4700 п Ф + 82 п Ф + 7 , 5 п Ф; С 3 = 2770 п Ф = 2700 п Ф + 68 п Ф + 2 пФ ; С 5 = 4790 пФ = 4700 пФ + 82 пФ + 7,5 пФ . Рис. 1.4 Характеристика затухания рассчитанного фильтра высоких ч а стот Для проверки правильности проведенных расчетов проведем модел и рование фильтра в среде Е lektronics Workbench , версия 5.12. Полученная в результате характеристика затухания фильтра приведена на рисунке 1.5 Данный фильтр применяется для выделения или подавления опред е ленных колебаний, разделения каналов, формирования спектра сигналов. Фильтр входит в состав многоканальных и радиорелейных систем передачи, измерительной аппаратуры, в каскады радиопередатчиков и радиоприемн и ков. В соответствии с истинными значениями катушек индуктивности и е м костей схема ФВЧ Чебышева имеет вид, представленный в приложении 1.1. Спецификация для рассчитанной схемы – в приложении 1.2. Рис. 1.5 Характеристика затухания рассчитанного фильтра высоких ч а стот 2. Разработка полосового фильтра Баттерворта 2.1 Анализ задания В данном разделе произведен расчет ПФ, предназначенного для апп а ратуры уплотнения специального типа. Рассчитанный фильтр должен удовлетворять следующим требованиям: - затухание фильтра в полосе пропускания не должно превышать з а данной неравномерности затухания а; - в полосе задержания затухание должно быть не меньше гарантир о ванного затухания а 0 . Неравномерность затухания и гарантированное затухание определяют количество элементов, число звеньев схемы, причем данные величины дол ж ны быть обеспечены при любых обстоятельствах. Требования к частотной зависимости затухания ПФ Баттерворта : - Границы полосы пропускания фильтра: -х = 31 кГц, х = 42 кГц; - Границы полосы задержания фильтра: -к = 28,1 кГц , =44,9 кГц - Неравномерность характеристики затухания в ПП : а= 1,55 дБ; - Гарантированное затухание в полосе задержки: а о = 19,575 дБ; - Сопротивление генератора и нагрузки: R г = R н = 350 Ом. Т ребования к частотной зависимости затухания этого фильтра изобр а жены на рисунке 2.1 : 2.2 Расчет ПФ Чебышева Расчет ПФ Баттерворта производится на основе расчета ФНЧ-прототипа, для которого производится пересчет частот, при этом порядок расчета следующий: 1) пересчет требований, сформулированных к ПФ, в требования к ФНЧ-прототипу; 2) расчет ФНЧ-прототипа; Рис 2.1. Требования к характеристике затухания полосового фильтра 3) пересчет параметров элементов ФНЧ-прототипа в параметры ПФ; 4) выбирается схема фильтра и определяется число элементов в ней; 5) изображается схема фильтра с параметрами элеме нтов по ГОСТ и производится контрольный расчет затухания фильтра. Полосовые фильтры, полученные реоктансным преобразованием ч а стоты, обладают геометрически симметричными характеристиками затух а ния. Требования же, предъявляемые к реальному фильтру, могут не обл а дать указанной симметрией. Частоты -Х , Х , -К считаем фиксированными, тогда и . Требования к фильтру удовлетворяют геометрической симметрии, а именно: . Найдем граничные частоты полосы пропускания и полосы задержив а ния ФНЧ-прототипа: ; . По найденным граничным частотам 0П и КП , а также заданным а и а 0 рас считаем ФНЧ с характеристиками затухания Баттерворта . Минимально возможный порядок передаточной функции рассчитыв а ется по формуле с учетом нормированной частоты полосы задержания ФНЧ-прототипа: ; (5) Подставив в (5) численные значения рассчитаем порядок фильтра: Таким образом, для реализации фильтра необходимо принять большее целое число, т.е. принимаем n б = 7 . Выберем схему ФНЧ-прототипа, которая определяется на основании принятого значения n. Она будет иметь вид, показанный на рисунке 2.2. Из [ 1 ] по таблице, относящейся к фильтрам нижних частот Баттерворта необходимо выписать нормированные значения емкостей и индуктивностей в зависимости от а, а 0 и КП . Эти значения выбираем для меньшего значения а= 1,55 дБ: L 1 = 0, 445 ; L 3 = 1, 802 ; L 5 =1, 802 ; L 7 = 0, 445 ; C 2 = 1, 247; C 4 = 2,000; C 6 =1,247 Рис. 2.2 Схема ФНЧ - прототипа для расчёта Для получения истинных значений параметров L и C фильтра необх о димо определить коэффициенты денормирования K L и K C , причем, в данном случае пересчета частоты выполнять не нужно. Коэффициент денормирования для индуктивности равен: . Коэффициент денормирования для емкости равен: . Зная коэффициенты денормирования, рассчитаем истинные значения индук тивностей и емкостей по формулам: и (6) Подставив численные значения в (6) получим: , , , , , , Рассчитаем затухание фильтра по формуле : для различных нормированных значений ч а стоты, включая обязательно граничные частоты полос пропускания и заде р жания фильтра: а) б) в) Перейдем к схеме ПФ Баттерворта . Для этого каждую индуктивность ФНЧ-прототипа заменяем последовательным соединением этой же инду к тивности и емкости C' i , значение которой выбирается из условия резонанса между ними на частоте 0 . Каждая емкость ФНЧ-прототипа заменяется п а раллельным конту ром, состоящим из этой же емкости и индуктивности L' i , обеспечивающий ре зонанс на частоте 0 , т. е: , . Параллельно с емкостями С 2 , С 4 , и С 6 включаются соответственно сл е дующие индуктивности: ; ; Последовательно с индуктивностями L 1 , L 3 , L 5 и L 7 включаются соо т ветствующие емкости: ; ; . Таким образом , схема полосового фильтра Баттерворта будет иметь вид, представленный на рисунке 2.3. Рис. 2.3. Схема рассчитанного полосового фильтра Представим характеристику затухания рассчитанного полосового фильтра Баттерворта ( рис. 2.4 ) . Так как рассчитанные емкости конденсатора отличаются от ГОСТа, подбором номиналов конденсаторов получим нужную величину емкости конденсаторов: С’ 1 = 8200 пФ С 2 = 2000 пФ С’ 3 = 2000 пФ С 4 = 82000 пФ С’ 5 = 2000 пФ С 6 = 47000 пФ С’ 7 = 8200 пФ Рис. 2.5 Характеристика затухания рассчитанного полосового фильтра Тип конденсатора необходимо выбирать с учётом частоты, на которой он будет работать, напряжения, под которыми он будет находиться, а также исходить из массогаборитных и стоимостных показателей. В данном случае целесообразно использовать конденсаторы типов Катушки индуктивности производятся на заводе-изготовителе по ра с считанным параметрам и их пересчёта не требуется . Таким образом, полосовой фильтр Баттерворта полностью рассчитан, и его принципиальная схема представлена в приложении 2.1, а спецификация элементов - в приложении 2.2. Для проверки правильности проведенных расчетов проведем модел и рование фильтра в среде Е lektronics Workbench , версия 5.12. Полученная в результате характеристика затухания фильтра приведена на рисунке 2.5 Рис. 2.5 Характеристика затухания рассчитанного полосового фильтра Данный фильтр применяется для выделения или подавления опред е ленных колебаний, разделения каналов, формирования спектра сигналов. Фильтр входит в состав многоканальных и радиорелейных систем передачи, измерительной аппаратуры, в каскады радиопередатчиков и радиоприемн и ков. Заключение В результате выполнения курсовой работы были рассчитаны фильтр высоких частот Чебышева пятого порядка и полосовой фильт р Баттерворта седьмого порядка. Характеристики затуханий , построенные по рассчитанным частотам отвечают требованиям к полосам задержания и пропускания. Пр о веденное моделирование показало, что характеристики рассчитанных фил ь тров близки к идеальным, что подтверждает точность расчёта. Библиографический список 1. Богданов Н.Г. Расчёт электрических фильтров. – Пособие по ку р совому и дипломному проектированию. - Орел: ВИПС, 2000 г. 2. Зааль Р., Справочник по расчетам фильтров. - М.: Радио и связь, 1983 Приложение 1.2 Позиционное обозначение Наименование элементов Номинал Кол-во Конденсаторы С 1 1 , С 51 К21-9-М150- 47 00 ± 5% 47 00 пФ 2 С 12 , С 52 К21-9-М150- 82 ± 5% 82 п Ф 2 С 13 , С 53 КД-1а-М75- 7,5 ± 5% 7,5 пФ 2 С 21 К21-9-М150- 2700 ± 5% 2700 пФ 1 С 22 К21-9-М150- 68 ± 5% 68 пФ 1 С 23 КД-1а-М75- 2 ± 5% 2 пФ 1 Катушки индуктивности L 2 , L 4 Катушка 489 мкГн 2 Приложение 2.2 Позиционное обозначение Наименование, тип Номинал Кол-во Конденсаторы С ’ 1 К21-9-М 7 50- 82 00 ± 5% 82 00 пФ 1 С 2 К21-9-М 7 50- 47 00 0 ± 5% 47 0 00 пФ 1 С ’ 3 К21-9-М 7 50- 2000 ± 5% 2000 пФ 1 С 4 К21-9-М 7 50- 820 00 ± 5% 82 000 пФ 1 С ’ 5 К21-9-М 7 50- 20 00 ± 5% 20 00 пФ 1 С 6 К21-9-М 7 50- 470 00 ± 5% 470 00 пФ 1 С ’ 7 К21-9-М 7 50-8200 ± 5% 8200 пФ 1 Катушки индуктивности L 1 Катушка 2,25 мГн 1 L ’ 2 Катушка 0,38 мГн 1 L 3 Катушка 9,13 мГн 1 L ’ 4 Катушка 0,23 мГн 1 L 5 Катушка 9,13 мГн 1 L’ 6 Катушка 0,38 мГн 1
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
— Ну и где твоя курсовая?
— Я потерял ее в драке с парнем, который сказал, что вы — не самый лучший преподаватель в университете!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по физике "Расчет электрических фильтров", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru