Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Факультет информационно-измерительных и биотехнических систем

Кафедра электроакустики и ультразвуковой техники

Реферат

по дисциплине

«Электроника и микропроцессорная техника»

Выполнил: Глушкова Е.С.

Проверил: Шевелько М.М.

Санкт-Петербург, 2016

Краткие теоретические сведения

Полосовые фильтры используются во многих областях электроники. Особенно они широко применяются в схемах радиоприема и радиопередачи, в частности в резонансных контурах. Однако и для низких частот активный полосовой фильтр является эффективным средством выделения сигнала промежуточных частот. Для этих фильтров наиболее широко используемым активным элементом является операционный усилитель (ОУ).

Полосовой фильтр пропускает только частоты, находящиеся в определенном диапазоне. Все частоты за пределами данного частотного диапазона ослабляются

Есть два основных параметра которые определяют характеристики полосового фильтра: полоса пропускания, где фильтр пропускает сигналы, и полоса затухания, в которой сигналы ослабляются. Идеальный полосовой фильтр имеет ровную полосу пропускания (усиление и отсутствие затухания сигнала по всей полосе пропускания) и полное затухание вне полосы пропускания. Кроме того, переход из полосы пропускания абсолютно резкий. В активных фильтрах используется принцип отделения элементов фильтра от остальных электронных компонент схемы. Часто бывает необходимо, чтобы они не оказывали влияния на работу фильтра. Применение усилителей в активных фильтрах позволяет увеличить наклон частотной характеристики в полосе подавления, что недостижимо при каскадном соединении пассивных RC-цепочек.

На практике невозможно создать идеальный полосовой фильтр. Реальный фильтр неспособен полностью задержать все частоты за границами желаемого диапазона частот. В частности, имеется область в непосредственной близости у границы заданного диапазона, где сигнал частично ослабляется, но не отфильтровывается полностью. Как правило, при проектировании стремятся сделать данный спад как можно более узким, что позволяет получить фильтр максимально приближенным к заданным параметрам.

Расчет полосового фильтра может стать очень сложным занятием даже при использовании операционных усилителей. Тем не менее можно немного упростить методику расчета, и в то же время сохранить производительность полосового фильтра на ОУ на приемлемом уровне.

Схема полосового фильтра, представленная на рисунке 1 имеет хороший баланс между производительностью и простотой конструкцией фильтра.

Рисунок 1 Схема полосового фильтра на ОУ

При построении различных электронных схем требуются усилительные каскады, имеющие (по модулю) единичные коэффициенты усиления (повторители). Повторитель напряжения имеет, как и схема неинвертирующего усилителя, очень большое входное сопротивление и весьма малое выходное сопротивление. Использование повторителя напряжения позволяет решать задачу согласования относительно низкоомной нагрузки с высокоомным источником сигнала. Простейшая схема повторителя приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 Схема повторителя на ОУ

Свойства идеального повторителя:

Задание по курсовому проекту: разработать активный полосовой усилитель на операционном усилителе.

Исходные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

Расчеты

1.Составим схему активного полосового усилителя (рисунок 3).

Рисунок 3 Схема активного полосового усилителя на ОУ

2. Найдем значения элементов R_1, R₂, R₃, C. Исходные формулы для расчета:

(2)

(3)

(4)

где, f- центральная частота, - коэффициент усиления по напряжению, Q- добротность.

Составляя систему уравнений (4), при условии выбора значения C=150пФ получим значения элементов R₁, R₂, R₃:

(4)

где, =1МГц, =20, Q=5.

Решив систему уравнений (4), мы получили следующие значения сопротивлений: = 265,26 Ом; = 10,61 кОм; =176,85 Ом. Подбирая значения R-элементов по номинальному ряду E-24, будем иметь: = 270 Ом; = 11 кОм; = 180 Ом.

При таких значениях резисторов ожидаемый коэффициент усиления примет значение =20,03, добротность Q=5,04, центральная частота =1,00036МГц; по условиям задания: =1МГц, =10, Q=10.

3. Операционный усилитель.

Для построения схемы выберем операционный усилитель ADA4891-2ARMZ, изображенный на рисунке 4.

Рисунок 4 Операционный усилитель

Основные характеристики данного усилителя:

SR - скорость нарастания выходного напряжения: 170 V/us

Коэффициент подавления синфазного сигнала: 88 дБ

Рабочий ток источника питания: 8,8 мА

Подбор значений разделительных конденсаторов

Ёмкость должна быть такой, чтобы конденсаторы не успевали перезаряжаться. АЧХ каскада в области нижних частот определяется постоянной времени:

(5)

Для качественного усиления, необходимо выбирать, чтобы соотношение нижней частоты в 30-100 раз больше:

(6)

Решив данное уравнение мы подобрали значение конденсаторов C=110нФ.

На рисунке 5 представлена принципиальная схема активного полосового усилителя на ОУ.

Построение амплитудно-частотной характеристики цепи

Собрав схему, представленную на рисунке 5 и смоделировав ее в программе Multisim Component Evaluator 14.0, мы получили следующую амплитудно-частотную характеристику (рисунок 6).

Рисунок 6 АЧХ полосового фильтра

Вид амплитудно-частотной характеристики соответствует полосовому фильтру (пропускает частоты, находящиеся в некоторой полосе частот). Максимум АЧХ достигается в A_max(f)=25,97 дБ

Определим полосу пропускания цепи как A_max-3дБ тогда частоты среза: и . Полоса пропускания .

Амплитудно-частотная характеристика показывает, во сколько раз изменяется амплитуда сигнала при прохождении через цепь в зависимости от частоты. полосовой фильтр частота усилитель

Если будет известен спектр входного сигнала, то сравнивая ширину его спектра с полосой пропускания цепи можно предсказать ожидаемые искажения сигнала на выходе цепи.

Вывод

Был разработан и исследован активный полосовой фильтр на операционном усилителе. Определены его частотные характеристики. Построение АЧХ необходимо для определения характера изменения коэффициента усиления или выходного сигнала усилителя при изменении частоты сигнала, и его пригодности для работы в зависимости от назначения. Требуемые усиление и добротность достигнуты на частоте 963кГц.

Выбор операционного усилителя ADA4891-2ARMZ для построения схемы был осуществлен на основе его свойств, и требуемого вида амплитудно-частотной характеристики.

В настоящее время активные полосовые усилители используются в радиоприемниках, они позволяют выделить из принятых антенной сигналов множества радиостанций только один, полоса частот которого оказывается в полосе пропускания активного фильтра.

Размещено на Allbest.ru