![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Порядок выполнения лабораторной работы. Расчет и выбор элементов, моделирование и анализ схем фильтров в среде MicroCAP7
Часть 1 Расчет и выбор элементов, моделирование и анализ схем фильтров в среде MicroCAP7
1. По заданным преподавателем значениям следующих параметров: k – коэффициент передачи фильтра; f с – частота среза АЧХ; α 1 – максимально допустимое затухание АЧХ в полосе пропускания; α 2 – минимально допустимое затухание АЧХ в полосе задерживания рассчитать значения пассивных компонентов фильтров Баттерворта, Чебышева, инверсного фильтра Чебышева, эллиптического фильтра Чебышева и Бесселя, учитывая соответствующие безразмерные коэффициенты (А, B, C), определяющие форму АЧХ и ФЧХ фильтров. Порядок расчета фильтров Баттерворта и Чебышева приведен в методических указаниях № 2235 (электронная версия – файл Методические указания_2235.doc), коэффициенты фильтров Баттерворта, Чебышева, инверсного фильтра Чебышева, эллиптического фильтра Чебышева и Бесселя – в Приложении А. Расчёт параметров осуществляется с помощью программы MathCad (образец расчета см. в файле Биквадр. ФНЧ. xmcd). 2. Выбрать ближайшие к расчётным номинальные значения рассчитанных в п.1 элементов фильтров. При выборе пользоваться стандартными рядами компонентов (см. Приложение В). В библиотеке компонентов MicroCAP 7 задать модели элементов с требуемыми параметрами – допускаемыми ТКС (ТКЕ) и отклонениями сопротивления (емкости) от номинального. Образец задания модели резистора и конденсатора см. в Приложении Б. 3. С учётом требований к операционным усилителям (ОУ) выбрать конкретные типы ОУ из библиотеки компонентов Micro-CAP 7.0. 4. Смоделировать схемы фильтров в системе Micro-Cap 7.0 (образец см. файле Биквадр ФНЧ.CIR). Описания моделей компонентов, используемых в лабораторной работе, приведены в методических указаниях № 3180 (электронная версия – файл Методические указания_3180.doc). 5. Произвести анализ схем в частотной области (в режиме АС-анализа) – построить ЛАЧХ, ЛФЧХ и частотную характеристику группового времени замедления фильтра τ (ω). Образец анализа приведен в файле Биквадр ФНЧ.CIR. Сделать выводы по результатам анализа спроектированных фильтров в частотной области. Коэффициент усиления ФНЧ на постоянном токе k определяется по ЛАЧХ на частоте 0...1 Гц, погрешность по заданному коэффициенту усиления не должна превышать 5%. Частота среза для ФНЧ 2-го порядка определяется: – для фильтра Баттерворта – по уровню – 3 дБ относительно коэффициента k (по ЛАЧХ); – для фильтра Чебышева – по уровню 0 дБ относительно коэффициента k (по ЛАЧХ); – для фильтра Бесселя – по уровню 92.308% относительно группового времени замедления фильтра на постоянном токе (по характеристике τ (ω)). – для инверсного фильтра Чебышева – по уровню – 3 дБ относительно коэффициента k (по ЛАЧХ); – для эллиптического фильтра Чебышева – по уровню 0 дБ относительно коэффициента k (по ЛАЧХ); Погрешность по частоте среза не должна превышать 5%. Образец определения погрешностей приведен в файле Биквадр ФНЧ. CIR. 6. Произвести анализ переходного процесса при отклике фильтра на единичный скачок входного напряжения. (Transient-анализ). Образец анализа приведен в файле Биквадр ФНЧ. CIR. В результате анализа необходимо определить коэффициент усиления ФНЧ на постоянном токе в линейном режиме ОУ. Погрешность не должна превышать 5%. Также в результате анализа необходимо убедиться, что на выходе активного фильтра отсутствует смещение выходного сигнала, обусловленное паразитными параметрами ОУ: напряжением смещения U СМ и разностью входных токов Δ i ВХ. Смещение выходного сигнала на постоянном токе не должно превышать 10 мВ. Для компенсации указанных погрешностей предусматривается симметрирование ОУ (компенсация погрешности, связанной с Δ i ВХ) или выбор ОУ, имеющего малые U СМ и Δ i ВХ. Образец определения погрешностей приведен в файле
Часть 2* Исследование характеристик фильтров с помощью лабораторного стенда
1. Не включая стенд, и не собирая схему, установить соответствующие значения резисторов ФНЧ Баттерворта с помощью омметра. 2. Собрать схему ФНЧ Баттерворта, соединив перемычками соответствующие гнезда согласно биквадратной схеме полиномиального ФНЧ. 3. Включить стенд. С помощью генератора синусоидальных колебаний подать на вход фильтра сигнал синусоидальной формы частотой 0.1 f c и действующим значением 100 мВ (измеряется вольтметром в режиме измерения переменного напряжения). Убедившись, что на выходе также гармонический сигнал (нет насыщения ОУ или автогенерации), подключить к выходу ФНЧ вольтметр в режиме измерения переменного напряжения и снять действующее значение выходного сигнала ФНЧ на различных частотах. Частота входного сигнала (генератора) изменяется: – от 0.1 f c до 2 f с – с шагом 0.1 f с; – от 2 f с до 10 f с – с шагом f с; По результатам эксперимента построить ЛАЧХ ФНЧ, как отношение действующих значений выходного и входного сигнала на различных частотах в логарифмическом масштабе:
Образец приведен в файле Биквадр ФНЧ. CIR. 4. С помощью генератора прямоугольных колебаний подать на вход фильтра сигнал прямоугольной формы и зарисовать переходную характеристику фильтра на частоте 0.1 f с. 5. Проделать п. 1-4 для схем ФНЧ Чебышева и Бесселя. Обратите внимание, что для получения схем ФНЧ Чебышева и Бесселя требуется корректировка значений только сопротивлений R1, R2 и R3, а значение двух одинаковых резисторов R4 (по схеме стенда – R4(6) и R4(7)) остаются без изменений. 6. Проделать п. 1-4 для схем инверсного ФНЧ Чебышева и эллиптического ФНЧ Чебышева. При этом необходимо будет в п. 2. собрать биквадратную схему неполиномиального ФНЧ. 7. Сделать выводы по результатам эксперимента для частотной и временной характеристик фильтров. Сравнить полученные теоретические и практические результаты. ________________________________________________________ * – при наличии экспериментального стенда.
|