Фильтр нижних частот

                                             Зміст        

Вступ.......................……………………………………………………………1 

1.Блок-схема  автоматизованої системи дослідження   аналогових пристроїв.....…………………………...............................................................2 

2. Розробка принципової  схеми електронно-керованого модуля  фільтра низьких частот  «ФНЧ»  ………………………….………………………......4 

3. Розрахункова  частина

       3.1 Розрахунок ФНЧ 1 ..………………………….………………………5

       3.2 Розрахунок ФНЧ 2 ..………………………….………………………7 

4. Розробка друкованої  області електронно-керованого 

     модуля  «ФНЧ»...……………………………………………………….......9 

5. Висновки………………………………………….……………………….10 

6. Список використаної  літератури………...………………………………11 

Додатки: 

1. Креслення  принципової схеми електронно-керованого

    модуля  «ФНЧ» ...……………………………………………….…………12 

2. Перелік елементів  ...………………………………………………………13 

3. Креслення  друкованої плати електронно-керованого  модуля «ФНЧ» .14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                             

                                           Вступ 
 

      У даному курсовому проекті автоматизована система дослідження аналогових пристроїв використається для розробки електронно-керованого модуля «ФНЧ» - фільтра низьких частот першого  й другого порядку. За допомогою  цього модуля ми можемо  приймати аналоговий сигнал, і за допомогою ПЕВМ (персональної електронно-обчислювальної машини) задавати режим обробки, тобто вибір фільтра низьких частот (першого порядку або другого), через який буде пропускатися досліджуваний сигнал.

      Також, використовуючи програмне забезпечення (таке як Matlab, і ін.) ми можемо по заданих номіналах теоретично розрахувати коефіцієнт підсилення схеми, побудувати й вивести на печатку АЧХ (амплітудно-частотну характеристику) і ФЧХ (фазо-частотну характеристику) схеми, і в наслідку зрівняти з отриманими  на практиці результатами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Блок-схема автоматизованої  системи  дослідження                                                                                      

                                          аналогових пристроїв 
 

    Автоматизована  система дослідження аналогових пристроїв  має структурну схему, як показано на мал. 1. Така система складається  з ПЕВМ - 3 з відповідним програмним забезпеченням - 1, що включає пакет  прикладних програм, електронного комутатора - 6, електронно-керованого комбінованого прибору-генератора й вимірника СК6-16 - 5, Електронно-керованих модулів- 7, модуля вводу-виводу -2 і принтери - 4.

    Програмне забезпечення - 1 дозволяє здійснити  процес керування блоками системи й обміну між ними інформацією, а також проведення наукових і лабораторних досліджень електронного пристрою відповідно до методичних вказівок.

    Блок  комутації - 6 забезпечує проведення досліджень в автоматичному й ручному  режимах. Обидва режими дозволяють набрати необхідну для дослідження схему, підключити один або два джерела сигналів, підключити один із трьох вимірювальних приладів до певних проміжних крапок досліджуваного аналогового пристрою.

     Крім   того, блок   комутації   забезпечує   живлячими   напругою   досліджуваний аналоговий пристрій. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

          Рис. 1. Блок-схема автоматизованої  системи  дослідження                                                                                     

                                          аналогових пристроїв 
 

     Комбінований прилад СК6-16 - 5 містить генератор гармонійних коливань, вимірники постійної й змінної напруг, нелінійних перекручувань, передатних функцій, відносин сигнал/шум.

    ПЕВМ - 4 із програмним забезпеченням забезпечує функціонування всієї системи, у тому числі зберігання, обробку, відображення на екрані дисплея різної інформації, а також вивід на печатку результатів вимірів.

    Електронно-керовані модулі - 7 являють собою досліджувані аналогові пристрої. У даній статті як такий пристрій розглядаються електронно-керований активні RC фільтри. Зв'язок блоків системи між собою здійснюється з використанням каналу загального користування й послідовного інтерфейсу типу RS232-C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

    2.  Розробка принципової  схеми електронно-керованого 

                     модуля  фільтра  низьких частот  «ФНЧ» 
 

   У даному модулі використаються два фільтри  низьких частот:

   - фільтр  низьких частот першого порядку  з ланцюгом R4-C6;

   - фільтр  низьких частот другого порядку  (фільтр Баттерворта) з ланцюгами: R1, R2, R3, C7, C8 . 

    Як  активний елемент фільтра використається інтегральний операційний підсилювач DA1 типу ДО140УД6. Вибір конкретного виду фільтра здійснюється або вручну натисканням кнопок ДО1-ДО2 на передній панелі електронного комутатора, або автоматично по сигналах з ПЕВМ, що надходить на електронний комутатор і далі на електронно-керований модуль відповідному натисканню кнопок ДО1-ДО2.

    Як  електронні перемикачі використаються інтегральні мікросхеми ДД1 - ДД2 типи ДО590КН5 і ДД6 типу ДО590КН4.

    Інтегральна мікросхема типу ДО590КН5 містить чотири керуючих входу (виводи 1,8,16,9) відповідні їм чотири сигнальних вхідних затискачі (виводи 3,6,14,11) і чотири вихідних сигнальних затискачі (виводи 2,7,15,10), трьох затискачів живлення (виводи 4,5,12,13). Інтегральна мікросхема типу ДО590КН4 містить керуючий вхід (для ДД1 вивід 2, для ДД2 вивід 10).

   Властиво  самі ключі для ФНЧ 1 реалізовані  на виводах 3-2, 6-7, 14-15, а для ФНЧ 2 на 2-3, 6-7, 14-15, 11-10. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                     

                                       3. Розрахункова частина

        

                                     3.1 Розрахунок ФНЧ 1 

   Для даного фільтра низьких частот першого  порядку схема електрична принципова з позначеними номерами вузлів виглядає в такий спосіб: 

     
 
 
 
 
 
 

                  Рис. 2. Схема електрична принципова  ФНЧ 1           

   Припустивши, що операційний підсилювача DA1  у нас ідеальної, ми маємо його наступні параметри:

         - його вхідний опір Rвx = ¥,

         - вихідний Rвих = 0,

         - коефіцієнт підсилення напруги  μ = ¥,

         - смуга пропускання частот Dw =¥ . .  

   Врахуємо операційний підсилювач й запишемо матрицю провідності для даної схеми:

                                          1                2,3

                               1

                     

                               3 

   У загальному виді формула для визначення коефіцієнта  підсилення виглядає в такий спосіб: 

                         Кu(jw) = Dab/Daa, 

де a - вузол входу,  b - вузол виходу. 

     У  нашому випадку Кu(jω) буде мати вигляд: 

                         Кu(jw) = D12/D11. 
 
 

               Порахувавши визначники й зробивши  підстановку одержимо: 

                                      Кu(jw)=1/(1+ jwС6/G4)                         

   Побудуємо АЧХ (амплітудно-частотну характеристику) і ФЧХ (фазо-частотну характеристику) даної схеми:  

                                             АЧХ  (ФНЧ 1)

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                         

                                        ФЧХ  (ФНЧ 1)

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                      3.2 Розрахунок ФНЧ 2 

   Для даного фільтра низьких частот другого  порядку схема електрична принципова з позначеними номерами вузлів виглядає в такий спосіб:

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                   Рис. 3. Схема електрична принципова ФНЧ 2           

    Параметри  операційного підсилювача беремо ті ж, що й у попередньому пункті.

       Врахуємо операційний підсилювач й запишемо матрицю провідності для схеми ФНЧ 2: 

                                     1                   2                     3

      

               1 

               3 

               4 
 
 

   У загальному виді формула для визначення коефіцієнта  підсилення виглядає в такий спосіб: 

                                Кu(jw) = Dab/Daa, 

   де a - вузол входу,  b - вузол виходу.

     У  нашому випадку Кu(jw) буде мати вигляд:

    

                         Кu(jw) = D12/D11.    
 
 

      Порахувавши  визначники й зробивши підстановку  одержимо: 

              Кu(jw)= -G1/(G2+j(C1(G1+G2+G3+j(C2)/G3)                         

   Побудуємо АЧХ (амплітудно-частотну характеристику) і ФЧХ (фазо-частотную характеристику) даної схеми:  

                                             АЧХ  (ФНЧ 2)