Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием
Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием
В пакете Electronics Workbench
Санкт-Петербург
УДК________________________
Составители: проф. Сидорин Ю.С.
Рассмотрены пассивные фильтры охранных извещателей, принципы их работы, методы виртуального моделирования с применением программы Electronics Workbench.
Данная работа является уточненным и упрощенным вариантом лаб.11-1.Для более глубокого ознакомления с теоретической частью Вы можете использовать лабораторную работу № 11-1 и электронный вариант лекций [2].
Работа предназначена для студентов специальности 090104- "Комплексная защита объектов информатизации", а также для студентов других электрорадиотехнических специальностей.
Автор работы выражает благодарность инженеру Кожевниковой М.Н. за набор и коррекцию текста.
Цель работы
Изучение простейших пассивных ФНЧ и ФВЧ, применяемых в охранных извещателях. Научиться рассчитывать их характеристики и моделировать в пакете Electronics Workbench.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить принцип работы пассивных фильтров
1.1. Изучить принципы работы пассивного ФНЧ.
1.2. Изучить принципы работы пассивного ФВЧ.
1.3. Оценить достоинства и недостатки пассивных ФНЧ и ФВЧ.
2. Рассчитать основные параметры и элементы ФНЧ.
2.1. Рассчитать параметры схемы в частотной области (сигнал синусоидальный Um=1В):
а) рассчитать емкость конденсатора ФНЧ в случае отсутствия нагрузки при R1=100кОм, fср=1кГц (рис.20.1),
б) рассчитать емкость конденсатора ФНЧ при наличии нагрузки Rн=100кОм (рис.20.9).
Сделать вывод, как влияет нагрузка на выходной сигнал; вернуть схему в исходное состояние.
2.2. Провести анализ ФНЧ во временной области, определить постоянную времени фильтра.
2.3. Определить выходное напряжение фильтра (постоянное и переменное) при подаче входных сигналов прямоугольной формы
a) скважности входного сигнала равной 2 на частотах 0,1fср,fср,10fсри значением Ur+=1В,
б) при входном сигнале сложной формы на частоте fср(рис.20.10).
3. Определить основные параметры и элементы ФВЧ аналогично анализу ФНЧ.
4. Провести экспериментальный анализ ФНЧ в пакете Workbench:
4.1. Определить fср, Umвых, АЧХ и ФЧХ фильтра при подаче синусоидального сигнала.
4.2. Определить постоянную времени фильтра.
4.3. Определить выходное напряжение ФНЧ при подаче прямоугольных сигналов на частотах 0,1fср; fср; 10fср.
5. Провести аналогичный анализ ФВЧ в пакете Workbench.
6. Сравнить расчетные и экспериментальные данные.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Принцип работы пассивных фильтров
Для анализа реакции RC-фильтра на входные сигналы различной формы можно использовать общую теорию RC цепей, но это сложно в получении конкретных результатов.
При наличии входных синусоидальных сигналов лучше использовать амплитудно-частотные характеристики сигнала АЧХ;
при наличии редких прямоугольных сигналов лучше использовать временные характеристики сигналов;
при наличии сигналов прямоугольной формы лучше использовать время импульсное представление сигналов.
Фильтр нижних частот (ФНЧ) является схемой, которая без изменений передаёт сигналы нижних частот, а на высоких частотах обеспечивает затухание сигналов и запаздывание их по фазе относительно входных сигналов.
Фильтр верхних частот (ФВЧ) – это схема, которая передаёт без изменений сигналы высоких частот, а на низких частотах обеспечивает затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных сигналов.
Принцип работы пассивного ФНЧ
Принцип работы пассивного ФВЧ
Достоинства и недостатки пассивных ФНЧ и ФВЧ
Достоинства: простота и низкая стоимость.
Недостатки:
· Отсутствие усиления сигнала;
· Зависимость значения выходного сигнала от нагрузки;
· Зависимость частоты среза от нагрузки;
· Малая скорость изменения АЧХ.
Расчёт основных параметров и элементы ФНЧ
Расчет основных параметров в частотной области
Расчет схемы ФНЧ при подаче входных сигналов прямоугольной формы
Расчет основных параметров и элементов ФВЧ
Расчет параметров производится аналогично методическим указаниям п.2 с небольшими изменениями, вызванными особенностями рассматриваемого фильтра.
Экспериментальный анализ ФНЧ
Экспериментальный анализ ФВЧ
Экспериментальный анализ ФВЧ проводится студентами самостоятельно аналогично п.4.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство/Пер. с нем. М.: Мир, 1982.
2. Ю.С. Сидорин. Курс лекций: «Технические средства охраны». 2008.
3. В.И. Карлащук, Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. “Солон-Р”, М. 2000. Часть 1, Главы 1-4. Стр.7-100. Часть II. Глава 10.5 Фильтрующие элементы. Стр.281-283.
Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием