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
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!
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
Вопрос «О чем ты думаешь, дорогой?» на самом деле означает подсознательную инструкцию «Эй, бездельник, пора подумать обо мне».
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 - 2017
Рейтинг@Mail.ru