![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Лабораторная работа № 3. Моделирование AЧХ фильтров гармоник
3.1. Цели работы: – освоить расчет и моделирование фильтра гармоник (фильтр Кауэра) [1]; – оценить влияние «паразитных» элементов на АЧХ фильтра. На рис. 3.1 в качестве примера изображен фильтр Кауэра шестого порядка. Рис. 3.1. Схема фильтра Кауэра шестого порядка Как правило, фильтр рассчитывают для случая, когда сопротивление генератора и нагрузки равны друг другу R Г = R Н. Частотные характеристики фильтра можно оценить с помощью функции [7]:
где Р Н(w) – частотная зависимость мощности в нагрузке; Р Н МАКС – максимальное значение мощности в нагрузке,
d – неравномерность мощности в нагрузке,
P Н МИН – минимальное в полосе пропускания значение мощности в нагрузке. Обозначения характерных частот показано на рис. 3.2: wS – частота, начиная с которой фильтр обеспечивает гарантированное значение затухания A S, дБ (рис. 3.2, б); wC = wВ – частота среза и верхняя частота полосы частот, в которой обеспечивается гарантированное значение затухания A S, дБ для гармоник генератора начиная со второй; wН – нижняя частота полосы частот, в которой обеспечивается гарантированное значение затухания A S, дБ для гармоник генератора начиная со второй; w2, w5 – резонансные частоты контуров L 5, C 6 и L 2, C 3; Рис. 3.2. АЧХ фильтра гармоник
Нередко частотные характеристики оценивают с помощью функции рабочего затухания [1, 2, 3, 7] (рис. 3.2, б)
Связь между неравномерностью d, D A и коэффициентом отражения Г(j w) определяется соотношениями
Частотные характеристики в OrCAD изображаются, как показано на рис. 3.2, в. Гарантированное затухание определяется по соотношению
Таблица 3.1
Таблица 3.2
3.2. Задание. 3.2.1. Выполняется при подготовке: Получить у преподавателя номер задания. Нормированные значения элементов фильтра выписать из таблицы 3.1, частоту среза и сопротивление нагрузки – из таблицы 3.2. Начертить схему фильтра Кауэра в соответствии с номером задания из таблицы 3.1 по рис. 3.3. Рис. 3.3. Схемы фильтров гармоник Рассчитать денормированные значения индуктивностей и емкостей по формулам где wС – частота среза фильтра, wС = 2p f С; a i – нормированное значение элемента; R – сопротивление нагрузки фильтра. Изобразить ожидаемый вид частотной зависимости U Н. 3.2.2. Выполняется в лаборатории: Создать новый проект в подпапке lab3. Изобразить на поле OrCAD рассчитанную схему. Выполнить анализ ее частотных характеристик. Последовательность действий аналогична действиям, описанным в лабораторной работе № 1. По результатам моделирования, используя соотношения (3.2), (3.4), (3.5), рассчитать значения гарантированного затухания в полосе задерживания A S(дБ), d, и D А и отношение частоты гарантированного затухания к частоте среза f S/ f Сфильтра (рис 3.2). Рассчитать полосу частот, в которой подавление второй гармоники каскада, работающего с отсечкой тока, будет равно гарантированному. Затем, чтобы оценить влияние на характеристики фильтра паразитных параметров элементов, добавить в схемы: – индуктивности выводов L ВЫВ = 20 нГ, включенные последовательно сконденсаторами С 1, С 4, С 7 для фильтров, изображенных на рис. 3.1, а, в; – собственные емкости С ПАР = 5 пФкатушек индуктивностей L 1, L 4, L 7 для фильтров, изображенных на рис. 3.1, б, г. (заданное значение СПАР = 5 пФ многократно превышает реальные значения собственных емкостей катушек, но позволяет наглядно оценить их влияние на АЧХ). Промоделировать АЧХ с установленными паразитными элементами и сравнить с исходными АЧХ. 3.3. Содержание отчета: 1. Принципиальная схема фильтра. 2. Прогнозируемый вид частотной характеристики. 3. Частотные характеристики, построенные в ходе моделирования. 4. Принципиальная схема фильтра с паразитными элементами и ее частотная характеристика. 5. Краткие выводы по результатам работы. 3.4. Контрольные вопросы и задания: 1. Как в данной работе по построенной в ходе моделирования частотной характеристике определить A S, дБ? 2. Расчетное значение гарантированного затухания A S = 40 дБ. Какое значение U Н МИН вы ожидаете измерить в процессе моделирования при U Н МАКС= 1 В? 3. Вычислить значения емкости и индуктивности фильтра для заданных: wС = 109 рад/с; R Н = 100 Ом; a С = a L = 1. Вычислить значение частоты среза f С. 4. Объяснить понятие нормированной частоты W. Рассчитать для заданных: f С = 100 МГц и a2 = 0, 677, a3 = 0, 490 частоту f 2 (рис. 3.2). 5. Изобразить схему фильтра, соответствующую рис. 3.3, г. Добавить в схему паразитные емкости параллельно элементам a1, a4, a7. К какому значению будет стремиться значение напряжения на нагрузке при частоте f ® ¥ и напряжении источника сигнала U = 1 В? 6. Для заданной частоты w S вычислить значение нижней частоты w Н полосы частот, начиная с которой обеспечивается гарантированное затухание второй гармоники генератора. 7. Для заданных w С и w S вычислить полосу (значения) частот, в которой подавление второй гармоники каскада, работающего с отсечкой тока, будет равно гарантированному. 8. Для заданных UН макс и US рассчитать значение гарантированного затухания AS.
|