Всем привет, мы снова встретились, я ваш друг Цюаньчжаньцзюнь.

Принципиальная схема полосового фильтрадизайн(один)

Традиционные методы проектирования полосовых фильтров включают в себя множество сложных теоретических анализов и расчетов. Ввиду вышеуказанных недостатков в данной статье представлена ​​схема проектирования полосовых фильтров с использованием программного обеспечения EDA, подробно объяснены этапы проектирования схем активных полосовых фильтров с использованием программного обеспечения FilterPro, а затем дано описание спроектированного фильтра в Proteus. . Методы проведения имитационного анализа и испытаний. Результаты испытаний показывают, что полосовой фильтр, созданный с использованием этого метода, имеет стабильные характеристики. Преимущества низкой сложности проектирования также открывают новые идеи для проектирования фильтров.

Полосовой фильтр — это схема, которая пропускает только определенные частоты, эффективно подавляя сигналы на других частотах. Благодаря своей избирательности сигнала он широко используется в электронном проектировании. Однако существует множество типов полосовых фильтров, и конструкции каждого типа также сильно различаются. Это неизбежно приводит к большому объему теоретических расчетов и анализов в традиционном методе проектирования фильтров, что не только приводит к потере драгоценного времени. время это также повышает расчетный порог схемы. Чтобы устранить вышеуказанные недостатки, в этой статье представлена ​​схема проектирования активного полосового фильтра с использованием комбинации FilterPro и Proteus. С постоянным развитием технологии EDA преимущества этого метода будут становиться все более очевидными.

Рисунок 1. Полосовой фильтр с использованием идеального операционного усилителя.

Принципиальная схема показана на рисунке 1. Затем схема может быть построена в Proteus для моделирования. Как упоминалось ранее, операционный усилитель в фильтре, созданном FilterPro, использует идеальную модель операционного усилителя, поэтому во время моделирования необходимо сначала проанализировать идеальный операционный усилитель, а затем заменить его. .

Рис. 2. Фактическая схема встроенного фильтра.

дизайн Выбор среднего операционного усилителяTIТипичный универсальный двойной усилитель продуктаLM358,LM358 содержит два независимых сдвоенных операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией.,Подходит для одиночных источников питания в широком диапазоне напряжений.,Он также подходит для режима работы с двойным источником питания.,К особенностям относятся низкий входной ток смещения, низкое входное напряжение смещения и ток смещения.,Он имеет широкий диапазон синфазного входного напряжения.,Диапазон входного напряжения дифференциального режима равен диапазону напряжения питания,Одиночное напряжение питания 3-32 В,Двойной источник питания ± 1,5-± 16 В.,Полоса пропускания единичного усиления составляет 1 МГц.,дизайн подходит для обычных полосовых фильтров,Он также имеет функцию низкого энергопотребления.,Для полосового фильтра сравнительно высокого порядка конструкции,ДоступныйTIиз четырех операционных усилителейLM324,Его производительность примерно такая же, как у LM358.,Экономия места при применении. Требования к операционным усилителям не особо высоки.,Пока частота операционного усилителя соответствует частоте среза нижних частот.,Если требования к точности высоки, сначала напряжение питания операционного усилителя должно быть достаточно стабильным.,Или выберите прецизионный операционный усилитель,Такие как TLC274A,В противном случае его можно использовать универсально.,Например, порекомендуйтеTIизLM224Счетверенный операционный усилитель。

Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра Баттерворта имеет самые ровные амплитудные характеристики в полосе пропускания, но затухание от полосы пропускания до полосы задерживания происходит медленно. Если требования к полосе перехода немного выше, для достижения этого порядок можно увеличить. В противном случае вместо этого используйте схему фильтра Бишева.

Давайте обсудим конструкцию двух полосовых фильтров. Один из них представляет собой полосовой фильтр четвертого порядка, состоящий из фильтра нижних частот второго порядка и фильтра верхних частот второго порядка, как показано ниже:

Рисунок 3. Полосовой фильтр четвертого порядка.

Выбор параметров и расчет:

Для конструкции фильтра нижних частот обычно выбирается конденсатор емкостью 1000 п Ф. Для конструкции фильтра верхних частот обычно выбирается емкость 0,1 мк Ф. Затем значение сопротивления, объединенное с конденсатором, рассчитывается по формуле R. =1/2Πfc. , то есть на этом рисунке мы получаем R2, R6 и R7. Чтобы устранить ошибку, вызванную током смещения операционного усилителя, попытайтесь сделать сопротивление постоянного тока на неинвертирующем входном конце и инвертирующем входном конце. операционный усилитель и земля в основном равны. В то же время порядок фильтра Баттерворта и коэффициент усиления. Существует определенная связь (см. таблицу 1). Согласно этим двум условиям можно составить два уравнения: 30=R4*R5/(R4+R5), R5=R4(A-1), 36=R8*R9/. (Р8+Р9), Р8 =R9 (A-1) Исходя из этого, мы можем определить значения R4, R5, R8 и R9. Принцип состоит в том, чтобы слегка отрегулировать значение сопротивления в соответствии с реальной ситуацией и удерживать его в определенных пределах. Не вносите разницы. слишком большой. Обратите внимание на частоту, чтобы не превышать калибровочную частоту операционного усилителя.

Таблица 1. Взаимосвязь между порядком и коэффициентом усиления схем Баттерворта нижних и верхних частот.

Второй — активный полосовой фильтр второго порядка, который использует только один интервал усиления, как показано ниже:

Рисунок 4. Полосовой фильтр второго порядка.

Принципиальная схема полосового фильтра (2)

Сравнивая амплитудно-частотную характеристику схемы полосового фильтра, показанной на рисунке (1), с амплитудно-частотной характеристикой схем фильтров верхних и нижних частот, нетрудно обнаружить, что Цепи фильтра соединяются последовательно, как показано на рисунке (2), и может быть сформирована полоса пропускания схемы фильтра, при условии, что угловая частота среза WH схемы фильтра нижних частот больше, чем угловая частота среза. частота WL схемы верхних частот и полоса пропускания, охватываемая ими, обеспечивает полосовой отклик.

Это схема полосового фильтра с диапазоном частот полосы пропускания 100 Гц-10 к Гц. Мы спроектировали ее с единичным усилением в пределах полосы пропускания. По смыслу вопроса, на нижнем конце частоты f=10Гц АЧХ ослабляется минимум на 26д Б. На верхнем конце частоты f=100 к Гц амплитудно-частотная характеристика требует ослабления не менее 16 д Б. Таким образом, вы можете выбрать частоту среза fH = 10 к Гц для схемы фильтра верхних частот второго порядка и fL = 100 Гц для схемы фильтра нижних частот второго порядка. Активное устройство по-прежнему выбирает операционный усилитель LF142. Подключите эти два фильтра. цепи последовательно, как показано на рисунке. Образуется необходимая схема полосового фильтра.

В соответствии с соотношением между порядком n и коэффициентом усиления схемы нижних и верхних частот Баттерворта, Avf1 = 1,586. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению в полосе пропускания двухкаскадной схемы полосового фильтра, включенной последовательно (Avf1)2 = (1,586)2. = 2,515. Поскольку требуемый коэффициент усиления полосы пропускания равен 0 д Б, поэтому во входную часть фильтра нижних частот добавляется делитель напряжения, состоящий из резисторов R1 и R2.

Выбор и расчет параметров компонентов

При выборе компонентов следует учитывать влияние ошибок параметров компонентов на передаточную функцию. Теперь указано, что допуск на выбор номиналов резисторов составляет 1%, а допуск на номиналы конденсаторов — 5%. Поскольку каждая схема содержит несколько резисторов и два конденсатора, ожидается, что фактическая частота среза может иметь большую погрешность (возможно, +10%). Чтобы гарантировать, что затухание на частотах 100 Гц и 10 к Гц не превышает 3 д Б, конструкция теперь основана на номинальных частотах среза 90 Гц и 1 к Гц.

Как указывалось ранее, резистор в схеме операционного усилителя не следует выбирать слишком большим или слишком маленьким. Как правило, более подходящим является сопротивление от нескольких тысяч до десятков тысяч Ом. Поэтому выберите значение емкости цепи нижних частот равным 1000 п Ф, а значение емкости цепи верхних частот - 0,1 мк Ф, а затем точное значение сопротивления можно рассчитать по формуле RCWC1.

Для каскада нижних частот, поскольку известны c=1000п Ф и fh=11к Гц, R3=14,47к Ом рассчитывается по формуле RCWC1, и сначала выбирается стандартное значение сопротивления R3=14,0к Ом. Тот же расчет можно сделать и для класса Qualcomm. Поскольку C=0,1 мк Ф и fL=90 Гц известны, можно найти R7=R8≈18 к Ом.

Учитывая, что Avf1=1,586 известно, попытайтесь сделать сопротивление постоянного тока неинвертирующей входной клеммы и инвертирующей входной клеммы операционного усилителя относительно земли практически равным. Теперь выберите R5=68k, R10=. 82k, из которого мы можем вычислить R4=(Avf1-1)R5≈39,8k, R9=(Avf1-1)R10≈48k, а его допуск составляет 1%.

Спроектированная схема представлена ​​на рисунке. Источник сигнала vI ослабляется через R1 и R2, а его сопротивление Тевенина равно значению R1 и R2. Это сопротивление должно быть равно сопротивлению нижних частот R3 (= 14 к Ом). Следовательно, мы имеем 

Поскольку коэффициент усиления полосы пропускания всей схемы фильтра является произведением коэффициента усиления делителя напряжения и коэффициента усиления части фильтра и должен быть равен единичному коэффициенту усиления,

Решив сумму уравнений и выбрав номинальное значение сопротивления с допуском 1%, получим R1=35,7к Ом и R2=23,2к Ом.

Принципиальная схема полосового фильтра (3)

Практическая принципиальная схема полосового фильтра

Эта схема представляет собой полосовой фильтр на ветви отрицательной обратной связи, поэтому она пропускает только частотные сигналы, заблокированные ветвью обратной связи.

Издатель: Full stack программист и руководитель стека, укажите источник для перепечатки: https://javaforall.cn/133761.html Исходная ссылка: https://javaforall.cn