трусики женские украина

На головну

 ФВЧ - фільтр високих частот - Комунікації і зв'язок

Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний технологічний університет

Кафедра промислової електроніки

Курсова робота

з дисципліни

"Моделювання електронних схем"

на тему: "ФВЧ - фільтр високих частот"

Чернігів ЧДТУ 2010

Зміст

Лист цілі і завдання

Спецчастина

1. Складання еквівалентної схеми заміщення для роботи на середніх частотах при малому сигналі

2. Складання еквівалентної схеми заміщення для роботи на середніх частотах при великому сигналі

3. Побудова АЧХ і ФЧХ для коефіцієнта посилення по напрузі

4. Побудова АЧХ і ФЧХ вхідної провідності

5. Вплив номіналів елементів на параметри схеми

6. Складання повного і скороченого уністорного графа схеми

7. Отримання виразу для коефіцієнта посилення по напрузі і вхідної провідності

Висновки

Список використаної літератури

Додаток

сигнал частота напруга провідність

Лист цілі і завдання

Мета виконання курсової роботи:

u закріплення і поглиблення отриманих студентами на лекціях і лабораторних заняттях знань;

u отримання навичок моделювання реальних електронних схем за допомогою стандартних пакетів і розрахунку їх характеристик;

u отримання навичок складання моделей електронних схем різними методами для різних режимів роботи.

Завдання на курсову роботу

Отримавши індивідуальне завдання, тобто схему електричну принципову, яка має не менше двох активних елементів, студент повинен виконати такі обов'язкові пункти завдання:

u замінити нестандартні номінали пасивних елементів номіналами стандартних рядів для конденсаторів і резисторів;

u у разі відсутності в бібліотеках програм моделювання активних компонентів заданих транзисторів та операційних підсилювачів замінити їх існуючими аналогами;

u скласти еквівалентну схему заміщення заданої схеми для роботи на середніх частотах при малому сигналі;

u скласти еквівалентну схему заміщення заданої схеми для роботи на середніх частотах при великому сигналі;

u побудувати амплітудно-частотну (АЧХ) і фазочастотную (ФЧХ) характеристики для коефіцієнтів підсилення по напрузі схеми;

u побудувати АЧХ і ФЧХ вхідного опору схеми;

u розглянути вплив параметрів схеми на АЧХ і ФЧХ коефіцієнта посилення по напрузі;

u скласти повний і скорочений уністорний граф для схеми;

u отримати вираз для коефіцієнта посилення по напрузі і вхідної провідності;

u зробити висновки по роботі.

Рисунок 1 - Схема електрична принципова ФВЧ

Параметри схеми:

R1 = 43 кОм; R3 = 6,8 кОм; C1 = 2 нФ; DA1 - 1407УД1;

R2 = 6,2 кОм; R4 = 71,4 кОм; C2 = 2 нФ.

Замінимо номінали елементів на стандартні з ряду Е24, а так само підберемо аналог операційного підсилювача:

R1 = 43 кОм; R3 = 6,8 кОм; C1 = 2 нФ; ЕК41;

R2 = 6,2 кОм; R4 = 68 кОм; C2 = 2 нФ.

Аналогом операційного підсилювача (ОУ) 1407УД1 є ЕК41, але, на жаль, він також відсутній в програмі моделювання. Тому замінимо наш ОУ на LM324 - аналог К1401УД2А.

Спецчастина

Як було з'ясовано, дана схема не є фільтром високих частот, так як неправильно включений ОУ. Тому поміняємо входи ОУ на протилежні для правильного функціонування схеми.

В результаті отримаємо наступну схему:

Рисунок 1 - Схема електрична принципова ФВЧ

1. Складання еквівалентної схеми заміщення для роботи на середніх частотах при малому сигналі

Моделі пасивних компонентів залишаються без змін для даного діапазону частот. Модель операційного підсилювача виділена пунктиром (рис. 1.1).

Малюнок 1.1 - Еквівалентна схема заміщення для середніх частот при малому сигналі

Тут.

Визначимо параметри моделі, що полягає у визначенні параметрів ОУ.

Вхідний опір і коефіцієнт посилення ОУ беремо з довідника (додаток А):

МОм;

Вихідний опір розрахуємо як відношення максимального вихідного напруги до максимального вихідному струму:

кОм.

Отримали достатньо великий опір. У нормальних ОУ воно складає десятки - сотні Ом. Але, як кажуть, маємо, що маємо.

2. Складання еквівалентної схеми заміщення для роботи на середніх частотах при великому сигналі

Моделі пасивних компонентів залишаються без змін для даного діапазону частот. Модель операційного підсилювача виділена пунктиром (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 - Еквівалентна схема заміщення для середніх частот при великому сигналі

Визначимо параметри моделі:

Вхідний і вихідний опору аналогічно попередньому.

Задаємося номіналом R11. Нехай буде 100 кОм, щоб не перевантажувати другий блок.

Розраховуємо значення ?1:

радий.

Розраховуємо значення С11:

нФ.

Розраховуємо Im:

мА.

Розраховуємо ?:

Характеристики нелінійного опору R0і джерела струму І11пріведени на малюнку 2.2.

Рисунок 2.2 - Характеристика нелінійного опору R0 (a) і нелінійного джерела І11 (б)

Як видно, в схемі заміщення ОУ для великого сигналу відсутня четвертий блок, який моделює точки перегину АЧХ на високих частотах. Це пов'язано з тим, що наша схема не буде працювати на частотах, при яких коефіцієнт посилення ОУ менше одиниці. Далі буде видно по АЧХ, що верхня частота даного фільтра становить близько 114 кГц. 3. Побудова АЧХ і ФЧХ для коефіцієнта посилення по напрузі Для зняття АЧХ і ФЧХ фільтра зберемо в програмі PSpice Schematics наступну схему:

Малюнок 3.1 - Схема для зняття АЧХ фільтра

Встановимо на виході генератора VSIN напруга амплітудою 1 В, а на вихід фільтра - маркер Voltage / Level для отримання АЧХ або Phase of Voltage для отримання ФЧХ. Отримаємо наступні частотні характеристики.

Рисунок 3.2 - АЧХ фільтра (при частоті від 0 до 1 МГц)

Малюнок 3.3 - ФЧХ фільтра (при частоті від 0 до 1 МГц)

Як бачимо по АЧХ, цей фільтр має смугу пропускання в діапазоні, приблизно, від 0 до 120 кГц, тому знімемо частотні характеристики ще раз на цій ділянці.

Малюнок 3.4 - АЧХ фільтра (при частоті від 0 до 120 кГц)

Визначимо параметри фільтру.

Смуга пропускання:

кГц;

кГц.

Максимальний коефіцієнт підсилення по напрузі:

Малюнок 3.5 - ФЧХ фільтра (при частоті від 0 до 120 кГц)

4. Побудова АЧХ і ФЧХ вхідної провідності

Для отримання АЧХ вхідної провідності на вхід встановимо датчик струму (резистор R_dat_I на рис. 4.1) і знімемо падіння напруги на ньому, яке буде дорівнює вхідному току. Так як амплітуда генератора 1 В, то отримаємо відразу вираз для вхідної провідності в Див.

Для отримання ФЧХ вхідної провідності поставимо маркер Phase of Voltage відразу після датчика струму.

АЧХ і ФЧХ вхідної провідності на рис. 4.2 та 4.3 відповідно.

Малюнок 4.1 - Схема для отримання АЧХ вхідної провідності

Малюнок 4.2 - АЧХ вхідної провідності

Малюнок 4.3 - ФЧХ вхідний проводімості5. Вплив номіналів елементів на параметри схеми

Малюнок 5.1 - Вплив С1 = С2 на АГЧ

Малюнок 5.2 - Вплив С1 = С2 на ФХЧ

Малюнок 5.3 - Вплив R4 на АЧХ

Малюнок 5.4 - Вплив R4 на ФЧХ

Малюнок 5.5 - Вплив R2 на АЧХ

Малюнок 5.6 - Вплив R2 на ФЧХ6. Складання повного і скороченого уністорного графа схеми

Складемо повний граф схеми згідно розглянутим на лекції правилам. Для цього пронумеруємо вузли схеми, як показано на малюнку 6.1.

Малюнок 6.1 - Схема з пронумерованими вузлами

 7. Отримання виразу для коефіцієнта посилення по напрузі і вхідної провідності

Запишемо чисельник формули Мезона для визначення КU:

> A: = y1 * c1 * p * (yin * (y2 + c2 * p) + yin (y3 + y4) + (y2 + c2 * p) * (y3 + y4)) + a * c1 * c2 * p * p * (yin + y3 + y4) + yin * y4 * c1 * c2 * p * pa * yin * c1 * c2 * p * p;

Розрахуємо чисельник формули Мезона для визначення Yвх:

> P [1]: = (y2-a) * c2 * c1 * p * p;

> Delta [1]: = - a * (y1 + yout) + (y1 + yout) * y4 + (y1 + yout) * (a + yin + y3) + y4 * (a + yin + y3);

> P [2]: = (y3 + a) * y4 * y1 * c1 * p;

> Delta [2]: = c2 * p + yin + y2;

> P [3]: = (y3 + a) * y4 * a * c2 * p * c1 * p;

> Delta [3]: = 1:

> P [4]: ??= (y3 + a) * yin * c1 * c2 * p * p;

> Delta [4]: ??= y1 + yout + y4;

> P [5]: = yout * y1 * c1 * p;

> Delta [5]: = yout * (y3 + y4) + yin * (c2 * p + y3) + (y3 + y4) * (c2 * p + y3);

> P [6]: = yout * y1 * c1 * p;

> Delta [6]: = yin + y3 + y4;

> P [7]: = - a * yout * yin * c1 * c2 * p * p;

> P [8]: = yout * y4 * yin * c2 * c1 * p * p;

> P [9]: = (y2-a) * yin * y4 * y1 * c1 * p;

Чисельник формули Мезона для визначення Yвх:

> B: = sum (P [k] * delta [k], k = 1..9);

Розрахуємо визначник графа:

> Y [1]: = y2-a;

> Delta [1]: = y1 * c2 * p * yin + c2 * p * yin * y4 + yin * y4 * y1 + y4 * y1 * c2 * pa * y1 * c2 * p;

> Y [2]: = y3 + a;

> Delta [2]: = a * y1 * y4 + y1 * y4 * yin + c2 * p * y1 * y4 + yin * c2 * p * y1 + y4 * yin * c2 * p;

> Y [3]: = c1 * p;

> Delta [3]: = a * y1 * y4-a * a * y1 + c2 * p * yin * y4 + yin * y4 * y1-yin * a * y1 + yin * c2 * p * y1-c2 * p * y1 * a + c2 * p * y1 * y4 + yin * a * y1;

> Y [4]: ??= yout;

> Delta [4]: ??= c2 * p * y1 * (y4-a) + y1 * (y4-a) * yin + c2 * p * yin * (y4-a) + y1 * c2 * p * yin + c2 * p * a * yin + y1 * a * (y4-a);

> Y [5]: = (y3 + a) * (y2-a);

> Delta [5]: = c2 * p * y1 + c2 * p * y4 + y1 * y4;

> Y [6]: = (y3 + a) * c1 * p;

> Delta [6]: = a * (y1 + y4) + (yin + c2 * p) * (y1 + y4);

> Y [7]: = (y3 + a) * yout;

> Delta [7]: = c2 * p * y1 + c2 * p * (yin + a) + y1 * (yin + a);

> Y [8]: = (y2-a) * c1 * p;

> Delta [8]: = yin * y1 + yin * y4 + y1 * y4-a * y1;

> Y [9]: = (y2-a) * yout;

> Delta [9]: = (yin + y4-a) * (c2 * p + y1);

> Y [10]: = c1 * p * yout;

> Delta [10]: = (c2 * p + a) * yin + (c2 * p + a) * (y4-a) + yin * (y4-a);

> Y [11]: = (y2-a) * c1 * p * yout;

> Delta [11]: = yin + y4-a;

> Y [12]: = c1 * p * yout * (y3 + a);

> Delta [12]: = c2 * p + yin + a;

> Y [13]: = yout * (y3 + a) * (y2-a);

> Delta [13]: = c2 * p + y1;

> Y [14]: = (y3 + a) * (y2-a) * c1 * p;

> Delta [14]: = y1 + y4;

> Y [15]: = (y3 + a) * (y2-a) * c1 * p * yout;

> Delta [15]: = 1;

Визначник графа:

> Delta: = simplify (sum (Y [i] * delta [i], i = 1..15));

Отримаємо вираз для коефіцієнта посилення по напрузі:

> Ku: = A / Delta;

Отримаємо вираз для вхідної провідності:

> Yin: = B / Delta;

Замінимо введену раніше змінну а:

> A: = ku * yout;

Тоді вирази для коефіцієнта посилення по напрузі і вхідної провідності відповідно будуть мати вигляд:

> Ku: = simplify (Ku);

> Yin: = simplify (Yin);

Як бачимо, обидва вирази мають громіздкий вигляд.

Висновки

Виконавши дану курсову роботу, я закріпив і поглибив отримані на лекціях і лабораторних роботах знання, отримав навички моделювання реальних електронних схем за допомогою програми PSpice і розрахунку їх характеристик. А також навчився складати моделі електронних схем різними методами для різних режимів роботи.

Ознайомившись із завданням курсової роботи, я почав пошук даної схеми в різних джерелах по аналогової схемотехніки для того, щоб зрозуміти, як вона працює і визначаються її параметри. В результаті мені вдалося знайти дану схему, але виявилося, що в завданні неправильно підключений ОУ. Тому я виправив цю помилку, погодивши це з викладачем, тобто з Вами.

При виборі елементів вибір припав на ряд Е24, так як це п'ятивідсотковий ряд, що цілком достатньо для подібних схем. Операційний підсилювач був замінений на інший, так як аналога, даного в завданні, не виявилося в бібліотеці програми PSpice.

При розрахунку вихідного опору ОУ було отримано достатньо велике значення. Можливо, не зовсім правильно ділити вихідна напруга на вихідний струм для визначення даного параметра.

Для визначення ?1било використано правило, що твір смуги пропускання на коефіцієнт посилення величина постійна. В результаті отримали значення 20 Гц. Як бачимо, ОУ в розімкнутому стані поводиться подібно интегратору.

Побудувавши АГЧ фільтра, бачимо, що він застосовний до частоти 114 кГц. Так як це верхня частота для даної схеми. Саме тому був виключений четвертий блок в схемі заміщення для великого сигналу.

Максимальний коефіцієнт підсилення по напрузі склав близько 9. Проаналізувавши схему, бачимо, що є дві ланцюга ОС. Коефіцієнт ООС визначається опорами R3 і R4 і дорівнює 1 + R4 / R3. Чому ж дорівнює коефіцієнт посилення ПОС - сказати важко.

За ФЧХ бачимо, що при нульовій частоті фазовий зсув дорівнює 1800. Це пов'язано з тим, що на нульовій частоті опір ємностей велике, а значить, воно буде носити ємнісний характер. Звідси і 1800 (по 900от кожної ємності). При зростанні частоти опір падає, а значить і зменшується фаза.

Як бачимо, на низьких частотах вхідна провідність прагне до нуля. Так і повинно бути, вити це фільтр високих частот. Зі збільшенням частоти провідність зростає.

Збільшення ємностей С1 і С2 призводить до зменшення нижньої частоти і збільшення коефіцієнта посилення. Перше пояснюється відомою формулою ? = 1 / (RC). Як бачимо з формули, з РОСНО З частота падає.

Друге, на виття погляд, пов'язано з тим, що при зростанні ємності падає її опір і через неї збільшується глибина ПОС.

Фаза, як бачимо, із зростанням ємності падає швидше. Це пов'язано з зменшення опору ємності при збільшенні її номіналу.

Збільшення опору R4 призводить до збільшення коефіцієнта посилення. Це зрозуміло, тому що вплив цього резистора на KUбила згадана вище. Вплив на ФЧХ я не беру на себе сміливості пояснити, так як, чесно кажучи, це зробити непросто.

Резистор R2 впливає аналогічно R4.

Сомой "веселою" частиною даної курсової роботи, на мій погляд, є метод графів. Складання уністорного графа схеми не викликало особливих труднощів, але це був тільки початок.

Далі потрібно було отримати вирази для коефіцієнта посилення по напрузі і вхідної провідності схеми. Ці схемні функції були визначені за допомогою формули Мезона.

Числители були розраховані за допомогою формули Максвелла. Найбільша трудність - це пошук всіх прямих шляхів, що займає багато часу і концентрації. Це така робота, яка вимагає особливої ??зосередженості й тиші.

При розрахунку визначника графа (знаменник формули Мезона) був використаний метод розкладання по вершині. Він, на мій погляд, більш простий. Тут теж виникали деякі труднощі, які полягали в пошуку всіх дерев графа, отриманого після закорочування і розривання певних вершин.

Але, на моє щастя або нещастя, поки не знаю, мені попався простий варіант. Схема містить всього один ОУ і кілька пасивних елементів. Тому, розрахунок схемних функцій вийшов не дуже довгим і нудним.

Далі, маючи ці функції, можна проводити повний аналіз схеми, чим, як я зрозумів, ми будемо займатися в наступному семестру.

На мій погляд, виконання даної курсової роботи є корисним заняттям і, як і дивно, навіть цікавим. Я сподіваюся, що впорався з поставленим завданням повністю і правильно (хіба що пропустив десь парочку дерев або прямих шляхів, але від цього ніхто не застрахований).

Список використаної літератури

1. Моделювання електронною схеми. Методичні вказівки до виконан курсової роботи з моделювання електронною схеми для студентов денної форми навчання за безпосередньо підготовкі 0908 "Електроніка" спеціальності 6.090803 "Електронні системи" / Укладачі: Гордієнко В. В., Ревко А. С. - Чернігів: ЧДТУ, 2007. - 49 с.

2. Конспект лекцій з дисципліни: "Моделювання електронною схеми".

3. 180 аналогів мікросхем (довідник). Ю. А. Мячин. - Вид-во "Патріот", МП "Символ-Р" та редакція журналу "Радіо", 1993. - 152с., Іл., (Додаток до журналу "Радіо").

Додаток Параметри операційного підсилювача

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка