Порядок выполнения лабораторной работы. 1. По заданным преподавателем значениям следующих параметров:

1. По заданным преподавателем значениям следующих параметров:

k – коэффициент усиления на центральной частоте АЧХ фильтра

f ₀ – центральная частота АЧХ фильтра

α ₁ – неравномерность в полосе пропускания

α ₂ – неравномерность в полосе задержания

Δ f – ширина полосы пропускания

T _{ω U} – максимально допустимая ширина верхней переходной области АЧХ

рассчитать порядок ФНЧ-прототипа фильтра Баттерворта. Порядок ФНЧ прототипа (n _тр) должен быть целым числом. Необходимый порядок n _тр ФНЧ прототипа выбирается из условия:

n _тр = [ n+k _З],

где: n – рассчитанный порядок фильтра;

k _З = 0.15 – коэффициент запаса;

[ ] – обозначает ближайшее целое в сторону увеличения.

Каждому звену ФНЧ прототипа 1-го порядка соответствует звено ППФ 2-го, а каждому звену ФНЧ прототипа 2-го порядка соответствует два каскадно соединенных звена ППФ 2-го порядка. Образец расчета приведен в файле ППФ с МОС. xmcd.

2. Рассчитать параметры каждого звена фильтра Баттерворта. Порядок расчета фильтра Баттерворта приведен в методических указаниях № 2235 (электронная версия – файл Методические указания_2235.doc), коэффициенты ФНЧ прототипа фильтра Баттерворта – в Приложении А. Расчёт параметров осуществляется с помощью программы MathCad (образец расчета см. в файле ППФ с МОС. xmcd).

3. Выбрать ближайшие к расчётным номинальные значения рассчитанных в п.2 элементов фильтра. 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.

4. С учётом требований к операционным усилителям (ОУ) выбрать конкретные типы ОУ из библиотеки компонентов Micro-CAP 7.0

5. Смоделировать схему фильтра в системе Micro-Cap 7.0 (образец см. в файле ППФ с МОС. CIR). Описания моделей компонентов, используемых в лабораторной работе, приведены в методических указаниях № 3180 (электронная версия – файл Методические указания_3180.doc).

6. Произвести анализ схемы в частотной области (в режиме АС-анализа) – построить ЛАЧХ, ЛФЧХ и частотную характеристику группового времени замедления фильтра τ (ω). Образец анализа приведен в файле ППФ с МОС. CIR. Сделать выводы по результатам анализа спроектированного фильтра в частотной области.

Коэффициент усиления ППФ k и центральная частота f ₀, определяется по максимальному значению ЛАЧХ, погрешность по заданному коэффициенту усиления и центральной частоте не должна превышать 5%.

Нижняя и верхняя частоты среза определяются по уровню затухания –3 дБ, а ширина полосы пропускания как разность верхней и нижней частот среза: Δ f = ω _U – ω _L. Погрешность по заданной ширине полосы пропускания не должна превышать 5%.

Ширина верхней переходной области Т _{ω U} должна быть меньше или равной заданной, а ширина нижней переходной области Т _{ω L} должна быть меньше верхней.

Образец определения погрешностей приведен в файле
ППФ с МОС. xmcd.

7. Произвести анализ переходного процесса при отклике фильтра на единичный скачок входного напряжения. (Transient-анализ). Образец анализа приведен в файле ППФ с МОС. CIR.

В результате анализа необходимо получить переходную характеристику фильтра h(t).

Кроме того, 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
ППФ с МОС. xmcd.

8. Оценить требования по температурной стабильности пассивных элементов схемы ППФ, если фильтр работает в диапазоне температур (0…60)°С.

Для этого провести анализ изменения коэффициента усиления по постоянному току при температурах анализа 0°С и 60°С (в меню AC Analysys Limits, в поле Temperature выбрать режим «List» и через запятую задать температуры, при которых будет проводиться анализ схем:
0, 27, 60). Сделать выводы о влиянии температурной стабильности элементов на изменения коэффициента усиления фильтра на частоте настройки. Дополнительная погрешность от влияния температуры не должна превышать 1% на каждые 10°С.

Образец определения погрешностей приведен в файле
ППФ с МОС. xmcd.