3487 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ - Страница 3

Схема исследуемого фильтра

Схема приведена на рис. 4. Она составлена из двух звеньев: звена первого порядка R4 и С4 и звена третьего порядка на базе 2Т-моста.

Повторители сигналов на X1 и X3 обеспечивают согласование фильтра с источником сигнала (выход первого звена) и назрузкой. Повторитель на  X4 обеспечивает согласование с сигналом Um, вводимым в «ножку» 2Т-моста. АЧХ фильтра описывается при условии R1=R2=2R3; C2=C3=C3=0,5C1 выражением:

,                  (6)

где   ;          ;

- частота настройки;     f – текущее значение частоты.

 

Рис. 4. Схема фильтра на базе 2Т–моста

 

Величина коэффициента К определяет режим работы фильтра и совместно с коэффициентом М вид АЧХ в каждом режиме (рис. 5.)

K (f /f0 )

1,2                                                     K = 0, M = 0,75;    K = 1,  M = 0,75;  K = 0,  M = 0,7

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0,1             0,2        0,3      0,4        0,6    0,8     1                     2              3            4

Рис. 5. АЧХ фильтра 3 - го порядка

Режим режекторного фильтра с регулируемой добротностью Qэкв реализуется при выборе К=1 и 0£ М£1.

Эквивалентная добротность при этом определяется как:

,                                                                               (7)

где 2f- полоса пропускания по уровню K(f/f0)=0,707.

Режим ФНЧ реализуется соответственно К=0 и 0,65£ М£1.

Частота fm, соответствующая максимуму подъема АЧХ такого фильтра, определяется как:

.                                                                        (8)

На частоте настройки фильтра (f/f0=1) коэффициент передачи будет определяться выражением (7). Так как подъем АЧХ звеном такого типа должен компенсировать затухания (спад) K(f/f0), вносимые первым звеном, то целесообразно определить K1=f(M). Такая зависимость получается при подстановке выражения (8) в (6). График зависимости представлен на  рис.6.

К1

0,9

 

0,8

 

0,7

 

0,6

 

0,5

0,75                     0,8                      0,85          М

Рис. 6. График для расчета коэффициента М

Режим работы при выборе 0,1£ К£0,25 и 0,65£ М£1 обеспечивает АЧХ комбинированного   вида.   Такой   режим   позволяет   обеспечить   большую крутизну спада и полное подавление сигнала на требуемой частоте помехи  fп, определяемой из выражения  .

Домашнее задание

  1. Ознакомиться с причинами, обуславливающими необходимость использования фильтров в подсистеме ввода-вывода аналоговой информации.
  2. Ознакомиться с принципами построения, характеристиками и параметрами активных RC-фильтров.
  3. Составить функциональную схему ФНЧ 4-го порядка на базе звена первого порядка (рис. 1) и звена 3-го порядка (рис. 4).
  4. Согласно таблице вариантов по заданному значению K1 определить по графику  (рис. 6) коэффициент второго звена.
  5. Согласно пункту 5 лабораторного задания определить величины емкостей фильтра первого и второго звена для конкретной частоты, соответствующей таблице вариантов.

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

К1

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

fcмакс ,Гц

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

Порядок выполнения работы
  1. Набрать схему в системе МС5.

Параметры источника V1: F=1 Гц, А=10 В. Выбор потенциометров осуществляется по пути Analog-Primitives-Macros-Pot и задается параметрами [R, PERSENT], где R(2k) – полное сопротивление, а PERSENT – положение движка PINB относительно вывода PINA в процентах (0¸100).

  1. RC-фильтр нижних частот 1-го порядка (R4, C4)

Для расчета частотных характеристик в пункте Analysis выбрать АС Analysis. В окне задания параметров расчета задать конечную и начальную частоты по формату Fmax, Fmin – 4; 0,1.Число точек –100. В меню Run Options задать Fixed Log – логарифмический масштаб по оси частот.  На частоте f=1Гц коэффициент передачи К1 должен быть равен 0,71.

  1. Фильтр 3-го порядка на базе 2Т-моста

Соединить вход ОУ1(X1) с источником V1.

Режим ФНЧ реализуется при выборе К=0 (X6  Pot(2k,0)) и М=0,75(X5  Pot(2k,75)).

Режим режекторного фильтра - К=1 (X6  Pot(2k,100)) и М=0.75(X5  Pot(2k,75)).

Режим фильтра комбинированного типа - К=0,25 (X6  Pot(2k,25)) и М=0,75.

  1. ФНЧ 4-го порядка.

Соединить вход ОУ1(X1) c конденсатором С4. За частоту fн =(1Гц)  принимается частота, соответствующая максимальной частоте – fсмакс. Задавая коэффициент К1 первого звена (R4,C4), например, равным 0,74 определить частоту среза как ,     fcp1=1,12 Гц.

Следовательно, величину емкости С4 уменьшить в 1,12 раза (С4=1,42 мкФ).

Определив по графику коэффициент М для второго звена равным 0,785 получаем частоту настройки как  ,     f0=1,27 Гц.

Следовательно, во втором звене уменьшаем величину емкостей (С1, С2 и С3) в 1,27 раза. С1=С2=1,25 мкФ.

Для расчета частотных характеристик задать Fmax и Fmin (4; 0,1).

Активизировав электронный курсор, например, нажатием клавиши F8, оценить неравномерность АЧХ в полосе пропускания (0,1¸1) и крутизну спада в полосе (2¸4) Гц.

  1. Для реализации фильтра с конкретной частотой fсмакс необходимо уменьшить величину полученных значений емкостей конденсаторов в [fсмакс] раз.
    1. Принципиальная схема фильтра.
    2. Основная расчетная формула и АЧХ отдельных звеньев и фильтра в целом.
    3. Результаты выполнения лабораторного задания, оформленные в  виде таблицы АЧХ и полученных осциллограмм.
    4. Причины, вызывающие необходимость постановки аналоговых фильтров в подсистемы ввода-вывода аналоговой информации.
      1. Определение фильтра. Виды АЧХ фильтров.
      2. Частота среза, неравномерность и крутизна спада АЧХ.
      3. Схема пассивного среза fcp и крутизна спада.
        1. Фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя.
        2. Схема адаптивного RC-фильтра на базе 2Т-моста.
        3. Виды АЧХ фильтров на базе 2Т-моста (типы).
        4. Структура фильтров высокого порядка (n>2).

Содержание отчета

Контрольные вопросы

Библиографический список

  1. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro–CapV. М.: Тоо СОЛОН, 1997.
  2. Опадчий Ю.Ф и др. Аналоговая и цифровая электроника. М.: Горячая линия, 2002.
  3. Павлов В.Н. и др. Схемотехника аналоговых устройств. М.: Горячая линия, 2001.
  4. Калякин А.И. Схемотехника электронных устройств автоматизации. М.: Высш. школа, 2000.
  5. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC/Под ред. У. Томпкина и Дж. Уэбстера. М.: Мир, 2002.
  6. Аналоговые RC-фильтры в АСОД: Методические указания к лабораторной работе / Рязан. радиотехн. ин-т; Сост.: Е.Г. Ефимов, Б.И. Левкоев. Рязань, 1992.


 
На сайте atoll-filters.ru atoll a 11se.