Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


2.   она имеет конечное число экстремумов на этом отрезке.

Следовательно, к полученной функции можно применить разложение в тригонометрический ряд Фурье.

Рис. 2.1

Запишем аналитическое выражение для данной функции:

Вычислим с помощью пакета MATLAB 6.5(7.0) и m-file: Fourier.m коэффициенты Фурье  для двадцати гармоник.


Таблица 2.1

Результатов вычислений:

Коэффициенты Фурье для данной функции

F(x), заданной графически на отрезке [0,T].

Коэффициенты

Коэффициенты

A(0)= 75.000

A(1)= -20.264

A(2)= -10.132

A(3)= -2.252

A(4)= -0.000

A(5)= -0.811

A(6)= -1.126

A(7)= -0.414

A(8)= -0.000

A(9)= -0.250

A(10)= -0.405

A(11)= -0.167

A(12)= -0.000

A(13)= -0.120

A(14)= -0.207

A(15)= -0.090

A(16)= -0.000

A(17)= -0.070

A(18)= -0.125

A(19)= -0.056

A(20)= -0.000

B(1)= 52.095

B(2)= -15.915

B(3)= 8.359

B(4)= -7.958

B(5)= 7.177

B(6)= -5.305

B(7)= 4.134

B(8)= -3.979

B(9)= 3.787

B(10)= -3.183

B(11)= 2.726

B(12)= -2.653

B(13)= 2.568

B(14)= -2.274

B(15)= 2.032

B(16)= -1.989

B(17)= 1.943

B(18)= -1.768

B(19)= 1.619

B(20)= -1.592

Частота первой гармоники: .

Таким образом мы получили разложение:

.

Рис 2.2 График напряжения на входе


3.   Расчет фильтра для полосы частот с согласованием его на выходе с сопротивлением нагрузки Rн.

Под электрическим фильтром будем понимать пассивный четырёхполюсник, пропускающий некоторую определённую полосу частот с малым затуханием и подавляющий все остальные частоты.

Полоса частот, для которых затухание мало, называется полосой пропускания или полосой прозрачности. Остальные частоты составляют полосу подавления или полосу непрозрачности.

Заградительный фильтр (ЗФ) - пропускают сигналы в диапазоне частот от 0 до w1 и от w2 до ¥.

Рис. 3.1 Схема ЗФ

Рассчитаем параметры элементов фильтра с учётом поставленной задачи:

т.е.

Частота среза:

;;.

Формулы для расчета и полученные значения элементов фильтра.

; ; ;.

Уточним полученные параметры по следующим формулам :

;;;.

Таким образом получаем:

;


4. Расчет передаточной функции по напряжению Ku(p), графики АЧХ и ФЧХ фильтра.

Составим для полученного фильтра выражение для передаточной функции по напряжению K(p). Для этого нагрузим полученный фильтр со стороны выхода нагрузкой , предполагая что на вход подается напряжение, а на выходе при этом получается :

;

 Для определения передаточной функции найдем комплексные сопротивления:

Передаточная функция приобретает следующий вид:

Запишем передаточную функцию в численном виде(с учетом замены jw на p) :

Рис 4.1 График АЧХ.

Рис 4.2 График ФЧХ.


Таблица 4.1

Таблица значений АЧХ и ФЧХ

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

 100.000

 110.000

 120.000

 130.000

 140.000

 150.000

 160.000

 170.000

 180.000

 190.000

 200.000

 210.000

 220.000

 230.000

 240.000

 250.000

 260.000

 270.000

 280.000

 290.000

 300.000

 310.000

 320.000

 330.000

 340.000

 350.000

 360.000

 370.000

 380.000

 390.000

 400.000

 410.000

 420.000

 430.000

 440.000

 450.000

 460.000

 470.000

 480.000

 490.000

 500.000

 510.000

 520.000

 530.000

 540.000

 550.000

 560.000

1.000

0.996

0.983

0.959

0.921

0.863

0.775

0.646

0.471

0.264

0.081

0.001

0.046

0.167

0.304

0.427

0.527

0.607

0.669

0.718

0.756

0.788

0.814

0.835

0.852

0.867

0.880

0.891

0.900

0.909

0.916

0.922

0.928

0.933

0.937

0.941

0.945

0.948

0.951

0.954

0.957

0.959

0.961

0.963

0.965

0.967

0.968

0.970

0.971

0.972

0.973

0.975

0.976

0.977

0.977

0.978

0.979

0.000

-3.672

-7.497

 -11.641

 -16.310

 -21.765

 -28.346

 -36.483

 -46.639

 -59.087

 -73.465

 -88.471

77.609

65.878

56.516

49.184

43.426

38.847

35.147

32.107

29.570

27.424

25.584

23.990

22.595

21.364

20.268

19.286

18.401

17.598

16.867

16.198

15.583

15.016

14.491

14.003

13.549

13.124

12.727

12.355

12.004

11.674

11.362

11.067

10.788

10.523

10.271

10.031

9.803

9.585

9.377

9.178

8.988

8.806

8.631

8.463

8.302


5. Вычислить и построить график выходного напряжения фильтра при полученном в пункте 2 периодическом входном сигнале.

Для построения графика выходного напряжения необходимо взять разложение входного сигнала в ряд Фурье, найти отклики на каждую гармонику входного сигнала, а затем их сложить.

Отклик цепи на постоянную составляющую:

Напряжение на входе:

Напряжение на выходе:

Таким образом:

Графики первых 3-х гармоник напряжения на входе и на выходе показаны на рис 5.1 и 5.2 соответственно.

График напряжения на входе показан на рис 2.2.

График напряжения на выходе показан на рис 5.3.

Рис 5.1 7 первых гармоники напряжения на входе.

Рис 5.2 7 первых гармоники напряжения на выходе.

Рис 5.3 Напряжение на выходе фильтра


6. Выполнить расчет переходной характеристики фильтра и интеграла от нее с учетом сопротивления нагрузки.

Запишем выражение для передаточной функции:

Переходная функция h(t) имеет своим изображением h(p)=Ku(p)/p при

подаче на вход единичного ступенчатого воздействия s(t), и нулевых начальных условиях.

Перейдем к оригиналу, применим вторую теорему разложения. Подставляя значения корней характеристического уравнения находим преобразование Лапласа для переходной характеристики.

h(t)=1-0.7562057.*exp(-39.2962963.*t).*sin(103.93016939.*t)

Построим график переходной характеристики (рис. 6.1.).

Рис. 6.1 График переходной характеристики h(t)

Находим интеграл от переходной характеристики.

проводя простое интегрирование(нахождение неопределенного интеграла)

получаем значение интеграла от переходной характеристики.

Построим график интеграла (F(t))от переходной характеристики (h(t))(рис. 6.2.).

Рис. 6.2 График интеграла (Fi(t)) от переходной характеристики (h(t))


7.Считая, что на входе фильтра действует одиночный импульс той же формы, что и в пункте 2, вычислить его воздействие и построить график этого отклика. Сравнить его с выходным сигналом полученным в пункте 5.

Вычислим отклик на входное воздействие и построим график этого отклика.

График входного воздействия показан на рис 7.1.

Рис 7.1 Испытательный сигнал.

Выделим в этом сигнале типовые сигналы:

Рис 7.2 Первый типовой сигнал (луч).

, тогда , где .

Рис 7.3 Второй типовой сигнал (луч).

; тогда ; где .

Рис 7.4 Третий типовой сигнал (ступень).

; тогда .

Выходное напряжение будет вычисляться по формуле:

График выходного напряжения показан на рис 7.7.

Сравнение результатов разных методов анализа показан на рис 7.8.

Рис 7.7 График напряжения на выходе фильтра.

Решение, полученное при помощи переходной характеристики и интеграла Дюамеля.

Решение, полученное при помощи комплексной передаточной функции по напряжению и разложения входного сигнал в тригонометрический ряд Фурье

 

t,10-3c

 
Рис 7.8 Сравнение результатов разных методов анализа
8. Вывод

В данной курсовой работе синтезирован полосовой фильтр типа “К” Г-обказный с Т-образным входом.

Так как это фильтр типа “К” , то ему свойственны все недостатки фильтров этого типа

а) Недостаточная крутизна АЧХ в районе граничных частот , что не обеспечивает избирательных свойств фильтра.

б) В зоне полосы прозрачности характеристические сопротивления являются переменными , особенно это проявляется ближе к граничным частотам. По этому согласование даже в зоне полосы прозрачности  выполняется на небольшом участке.

Из достоинств этого фильтра можно отметить простоту его реализации. Таким образом синтез качественных фильтров представляет из себя трудоемкий процесс.

При анализе фильтра была получена переходная характеристика цепи, из нее можно определить быстродействие, колебательность цепи, время переходного процесса, т.е. она отражает основные свойства системы и цепи.

 


9. Список использованной литературы.

1 Атабеков Г. И. Линейные электрические цепи: Учебник для вузов.-5-е изд., испр. и доп.— М.: Энергия, 1978.— 592 с. ил.

2.Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. —М.: Энергия, 1979. —592с.

3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. —М.: Высшая школа, 1978. —528с.

4. Шаров В. К., Широков Г. И., Червяков В. И. Алгоритмическое и програмное обеспечение для расчета электрических цепей с помощью ПЭВМ. —Калуга: КФ МГТУ им Н. Э. Баумана, 1997. —54с.


Приложение.

При выполнение работы был использован математический пакет Matlab 7.0. Листинг программы:

%T=80мс w=78,5398

%график h(t)

fplot(@h,[0 T])

grid on

box off

figure

%график Fi(t)

fplot(@fi,[0 T])

grid on

box off

figure

%ост графики

w=2*pi/0.08;

s=1;

T_=0;

T=0.080;

for t=0:0.0001:0.08

Uf(s)=A(1)/2;

Uv(s)=Uf(s)*Kjw(0);

Uout(s)=A(1)/2;

T_(s)=t*1000;

for i=1:20

Uf(s)=Uf(s)+A(i+1).*cos(i*w*t)+B(i).*sin(i*w*t);

Uv(s)=Uv(s)+A(i+1)*abs(Kjw(i*w))*cos(i*w*t+arg(Kjw(i*w)))+...

B(i)*abs(Kjw(i*w))*sin(i*w*t+arg(Kjw(i*w)));

gin(i,s)=A(i+1).*cos(i*w*t)+B(i).*sin(i*w*t);

gout(i,s)=A(i+1)*abs(Kjw(i*w))*cos(i*w*t+arg(Kjw(i*w)))+...

B(i)*abs(Kjw(i*w))*sin(i*w*t+arg(Kjw(i*w)));

end;

Uout(s)=(4*Um/T*fi(t)*g(t)-4*Um/T*fi(t-T/4)*g(t-T/4)-Um*h(t-T/2)*g(t-T/2));

s=s+1;

end

plot(T_,Uf)

grid on

box off;

figure

plot(T_,Uv)

grid on

box off;

figure

plot(T_,gin(1,:),'r',T_,gin(2,:),'b',T_,gin(3,:),'b',T_,gin(4,:),'g'...

,T_,gin(5,:),'b',T_,gin(6,:),'b',T_,gin(7,:),'b')

grid on

box off;

figure

plot(T_,gout(1,:),'r',T_,gout(2,:),'b',T_,gout(3,:),'b',T_,gout(4,:),'g'...

,T_,gout(5,:),'b',T_,gout(6,:),'b',T_,gout(7,:),'b')

grid on

box off;

figure

plot(T_,Uout)

grid on

box off;

figure

plot(T_,Uout,'b',T_,Uv,'r')

grid on

box off;

hold off;

%================================

function f=h(t)

f=1-0.7562057.*exp(-39.2962963.*t).*sin(103.93016939.*t);

%================================

function f=g(t)

if (t>=0) f=1;

else f=0;

end;

%----------------------%

function f=fi(t)

f=quad(@h,0,t);

%----------------------%

function f=arg(K)

f=atand(imag(K)/real(K));

%----------------------%

function f = Kjw(W)

p=j*W;

ff=((p^2)*0.0811+1000)/((p^2)*0.0811+p*6.3662+1000);

f=real(ff);

%----------------------%


Информация о работе «Анализ и синтез электрических фильтров»
Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 12676
Количество таблиц: 3
Количество изображений: 21

Похожие работы

Скачать
26569
1
12

... 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” ...

Скачать
59427
2
0

... построения оптических систем и сетей связи В результате изучения данной дисциплины студент должен: знать: принципы построения инфокоммуникационных сетей (ПК-1); основные характеристики первичных сигналов связи (ПК-3); принципы построения проводных и радиосистем передачи с частотным и временным разделением каналов (ПК-1); основные характеристики каналов и трактов (ПК-3); принципы построения ...

Скачать
32354
41
21

... хода 4х-П представляет собой частный случай входного сопротивления (1.5) при Сопротивление короткого замыкания получается из (1.5) при   1.4 Передаточная функция четырехполюсника При проектировании радиотехнических устройств широко применяются электрические фильтры, которые удобно рассматривать как 4х-П, предназначенные для передачи сигналов от входа к выходу с определенной ...

Скачать
9504
0
15

... , 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 ...

0 комментариев


Наверх