5. Определить потребное значение емкости, рассчитать АЧХ и ФЧХ фильтра, оценить коэффициент прямоугольности передаточной функции по мощности.
В условиях данной задачи неизвестной величиной является только емкость, которую достаточно просто можно найти из уравнения передаточной функции. Однако, в интересах общности изложения последующего материала воспользуемся передаточной функцией в параметрической форме (2.14), из которой найдем значение приведенной частоты n2, на которой передаточная функция (2.12) принимает заданное значение H1:
|
Очевидно, что (2.14) имеет смысл только при H1<H0.
Теперь формулу (2.11) можем записать в виде
откуда находим потребное значение емкости для построения ФНЧ-1 Рис.3.2:
|
Пример 2.2. Спроектировать ФНЧ-1 Рис.2.3 при следующих исходных данных:
R=100 Ом – сопротивление нагрузки;
r=5 Ом – внутреннее сопротивление источника;
f2=1000 Гц – верхняя граница полосы пропускания;
H1=H(f2)=0,707 – значение передаточной функции на верхней границе полосы пропускания;
h1=h(f2)=0,5 - значение передаточной функции по мощности на верхней границе полосы пропускания.
Рассчитать АЧХ и ФЧХ фильтра, оценить коэффициент прямоугольности передаточной функции по мощности.
Результаты расчетов представлены на Рис.2.6 и Рис.2.7.
Из этих рисунков видно, что на верхней границе полосы пропускания f2=1000 Гц передаточная функция по мощности h(f2)=0,5, что соответствует требованиям технического задания.
Сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями F(f2)=42,071 град. Коэффициент прямоугольности передаточной функции по мощности составляет П=0,545.
Потребное значение емкости для построения ФНЧ-1 Рис.3.2 составляет С=30,17 мкФ.
2.5 Г-образный фильтр нижних частот (ФНЧ-2)
2.5.1 Частотные характеристики ФНЧ-2
В целях повышения коэффициента прямоугольности передаточной функции по мощности применяют фильтры нижних частот второго порядка, в состав которых входят два реактивных элемента: L и C.
Рассмотрим Г-образный ФНЧ, схема которого представлена на Рис.2.8 (см.также Рис.1.6).
L
Z1
Z2 C R
Рис.2.8. Электрическая схема Г-образного ФНЧ
Работа Г-образного ФНЧ:
при
при
На малых частотах индуктивное сопротивление мало, а емкостное сопротивление велико, поэтому ток проходит в нагрузку с малым ослаблением, не ответвляясь в емкость.
На больших частотах индуктивное сопротивление велико, а емкостное сопротивление мало. Ток, прошедший через индуктивность, закорачивается емкостью. Поэтому выходное напряжение мало.
Определим АЧХ и ФЧХ Г-образного ФНЧ, рассматривая его как Г-образный 4х-П, нагруженный активным сопротивлением R.
Комплексные сопротивления плеч фильтра:
Коэффициенты формы А:
Уравнение связи входного и выходного напряжений (1.6) принимает вид:
|
Обозначим, как и ранее, действительную и мнимую части (2.16):
- действительная часть;
- мнимая часть.
Уравнение (2.16) запишем в виде:
|
Фазочастотная характеристика ФНЧ-2 определяется по формуле:
|
Комплексная передаточная функция по напряжению определяется из (2.17):
|
Модули передаточных функций по напряжению и мощности принимают вид:
|
Таким образом, при известных значениях R, L, C-элементов, по формулам (2.18), (2.20) можно рассчитать и построить графики АЧХ и ФЧХ Г-образного ФНЧ.
С целью общего анализа частотных характеристик Г-образного ФНЧ представим передаточные функции (2.20) в параметрической форме, для чего обозначим:
|
После подстановки обозначений в (2.20) получим передаточные функции в параметрической форме:
|
Пример 2.3. Рассчитать и построить семейство кривых передаточной функции по мощности в параметрической форме для трех значений коэффициента нагрузки:
Определить коэффициент прямоугольности передаточной функции по мощности при
Расчет передаточной функции по мощности, выполненный по формуле (2.21) приведен на Рис.2.9.
Из Рис.2.9 следует, что при Q1=0,8 передаточная функция достигает своего максимума, равного 1,86, а затем плавно уменьшается, Этот всплеск передаточной функции может быть желательным или нежелательным в зависимости от конкретного назначения фильтра.
При Q2=1 всплеск передаточной функции значительно меньше и при он вовсе отсутствует.
Таким образом, характер изменения передаточной функции Г-образного ФНЧ целиком определяется значением коэффициента нагрузки Q, который, в свою очередь, зависит от комбинации значений RLC-элементов. Следовательно, путем соответствующего выбора LC-элементов можно изменить форму кривой передаточной функции.
Коэффициент прямоугольности передаточной функции по мощности при составляет П=0,807, что значительно больше, чем у ФНЧ-1.
2.5.2 Синтез Г-образного фильтра нижних частот
Техническое задание на проектирование Г-образного ФНЧ формулируется следующим образом.
1. Спроектировать Г-образный ФНЧ, схема которого представлена на Рис.2.8.
2. На вход фильтра подаются сигналы синусоидальной формы, частота которых изменяется от нуля до бесконечности.
3. Передаточные функции по напряжению и мощности в полосе пропускания (0…f2), должны быть максимально плоскими, т.е. не иметь всплесков, превышающих единицу, и на верхней границе полосы пропускания должны принимать значения .
... курсовой работе, в соответствии с заданием, необходимо решить следующие задачи: - разработать (любым методом) эквивалентную, принципиальную схемы электрического фильтра на любых радиокомпонентах; - разработать усилитель напряжения на любых радиоэлементах (схему электрическую принципиальную); - любым методом рассчитать спектр сложного периодического сигнала, подаваемого с “генератора импульсов” ...
... методов синтеза электрических цепей, и в частности электрических фильтров, достигнуто в результате применения ЭВМ и разработки специальных методов расчета. В настоящее время электрические фильтры реализуются не только в виде электрических цепей с катушками индуктивности и конденсаторами, но также практическое применение получили кварцевые, электромеханические, активные RС - фильтры и другие. По ...
... , как показано на рисунках: Г - образное Симметричное Симметричное полузвено Т - образное звено П - образное звено Рассмотрим условия фильтрации для Г- образного полузвена. Условия фильтрации для реактивных четырехполюсников Определим условия, при которых реактивный четырехполюсник (четырехполюсник без потерь) будет электрическим ...
... AS - затухание в полосе задерживания, дБ, DА - неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания, дБ, L – индуктивность, С – емкость, Задание на курсовую работу. Рассчитать и проанализировать пассивный фильтр лестничной структуры. Тип фильтра - ФВЧ Кауэра (эллиптический). Надо спроектировать фильтр в виде реактивного четырехполюсника лестничной структуры с нагрузкой на входе и ...
0 комментариев