Задание. Спроектировать и исследовать на компьютере активные фильтры нижних и верхних частот второго порядка с максимально плоской характеристикой

Спроектировать и исследовать на компьютере активные фильтры нижних и верхних частот второго порядка с максимально плоской характеристикой.

Дано: f₀ – частота среза; К₀ – коэффициент усиления в полосе пропускания; – коэффициент затухания, n = 40 д Б/дек – наклон ЛАЧХ в полосе ограничения.

Исходные данные для расчета ФНЧ и ФВЧ помещены в таблицах 2.1 и 2.2. Вариант определяется двумя цифрами шифра зачетки. Цифра единиц указывает номер исходных данных в табл. 2.1, цифра десятков — в табл. 2.2.

Таблица 2.1

Таблица 2.2

2.2. Методика расчета ФНЧ и ФВЧ второго порядка и исследования
на компьютере

I. Расчет ФНЧ второго порядка (схема, рис. 2.3).

1. Задаться величиной емкости С₂ (не более 2200рФ, значение брать по ряду Е12) и найти значение вспомогательного коэффициента k=2pf₀C₂.

2. Рассчитать значения всех элементов схемы фильтра: С₁, R₁, R₂ и R₃ по формулам (2.6). Полученные величины округлять по ряду Е12.

3. Проверить значения частоты среза f₀ и усиления k₀ по формулам

.

Расчетные значения не должны отличаться от заданных более чем на ±10%.

4. Рассчитать коэффициент усиления k₀ в децибелах для построения ЛАЧХ, k_0доб = 20lg k₀.

5. Определить параметры операционного усилителя – ОY для выбора его по справочнику или задания этих значений в модели ОY пакета EW.

R_выхОY £ R_min/10,

R_вхОY ³ 10R_max,

f_ТОY ³ k₀f₀,

где R_min и R_max – номиналы резисторов в схеме рассчитанного фильтра,

f_ТОY – частота единичного усилителя ОУ.

6. Набрать на компьютере (пакет EW) схему рассчитанного ФНЧ с подключением источника сигнала и плоттера (рис.2.5). Боде-плоттер генерирует собственный спектр частот, который задается при настройке.

7. Исследовать работу ФНЧ.

Для получения наглядной ЛАЧХ на плоттере необходимо его настроить после запуска схемы. Выставить режимы MAGNITUDE и LOG. Начальные значения (I) по вертикали и горизонтали можно взять 0 дБ и 1 кГц, а конечные (F) для вертикали F > 20 lg k₀, а для горизонтали F > f₀. Если вид ЛАЧХ соответствует исследуемому фильтру, то необходимо определить параметры k₀, д Б и f₀. Значения k и f выводятся на информационное поле плоттера при перемещении курсора, расположенного в начале горизонтальной шкалы. Частоту среза f₀ определить для значения k_i, д Б = k₀, д Б – 3д Б. Если

Рис. 2.6. Схема ФВЧ второго порядка

полученные значения на плоттере k₀, д Б и f₀ не отличаются от заданных больше, чем на ± 15%, то ФНЧ спроектирован верно.

8. Сделать распечатку схемы ФНЧ с показаниями плоттера для f₀.

9. Выводы.

II. Расчет ФВЧ второго порядка (схема рис. 2.4.)

1. Задать значение емкости конденсаторов С₁ = С₃ = С (не более 2200 рФ) и найти значение вспомогательного коэффициента k = 2pf₀C.

2. Рассчитать значения всех элементов схемы фильтра: С₂, R₁, R₂ по формулам (2.11). Полученные величины округлить по ряду Е12.

3. Проверить значения частоты среза f₀ и усиления k₀ по формулам

.

Расчетные значения не должны отличаться от заданных более чем на ±10%.

4. Рассчитать коэффициент усиления k₀ в децибелах для построения ЛАЧХ, k₀, д Б = 20 lg k₀.

5. Определить параметры операционного усилителя, так же как для ФНЧ.

6. Набрать на компьютере (пакет EW) схему рассчитанного ФВЧ с подключением плоттера (рис.2.6).

7. Исследовать работу ФВЧ аналогично ФНЧ.

8. Сделать распечатку схемы ФВЧ с показаниями плоттера для f₀.

9. Выводы.