Активный полосовой фильтр на операционном усилителе и его амплитудно-частотная характеристика

Активный полосовой фильтр на операционном усилителе и его амплитудно-частотная характеристика

Московский Авиационный Институт

(Государственный Технический Университет)

Курсовая работа по дисциплине

«Основы Радиотехники»

На тему «Активный полосовой фильтр на операционном усилителе и его амплитудно-частотная характеристика»

Выполнила: студент 921 уч.группы

Логачев Д.С.

Проверил: Зеленевский В. В

2011

Задание

На курсовую работу по дисциплине

«Основы Радиотехники»

Студент: __________________________________, учебная группа _____

Срок сдачи: «____» мая 2011 г.

Тема: «Активный полосовой фильтр на операционном усилителе и его амплитудно-частотная характеристика»

. Исходные данные:

операционный усилитель - К140УР15;

коэффициент усиления на средней частоте - 2000;

нижняя частота среза - 1400 кГц;

верхняя частота среза - 1500 кГц;

напряжение входного сигнала - 0,05 В.

. Выполнить:

обосновать состав элементов и разработать принципиальную схему;

произвести электрический расчет элементов принципиальной схемы, начертить принципиальную схему устройства;

провести анализ полученных результатов (графиков, характеристик, параметров)

. Представить к защите:

Расчетно-пояснительную записку (до 12 листов), листы формата А4 с оформлением рисунков, заголовков, подрисуночных надписей, таблиц в соответствии с требованиями ЕСКД.

Литература:

1.       Катаранов Б. А., Электроника и электротехника. Часть вторая. Электроника, 1999

2.       Катаранов Б. А., Электроника. Пособие к практическим занятиям, 2000

Содержание:

Введение

1.       Обоснование состава элементов устройства и разработка принципиальной схемы

2.       Принципиальная схема устройства и расчет ее элементов

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Введение

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропускания или полосой прозрачности; диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затухания или полосой задерживания.

В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов.

Различают также активные фильтры. Активными фильтрами называют частотно-избирательные электрические цепи, содержащие активные элементы. В настоящее время в качестве активных элементов широкое распространение нашли операционные усилители. Избирательные свойства таких фильтров в основном определяются выбором параметров пассивных элементов (R, C), а также схемами их подключения.

В связи с этим различают фильтры нижних частот, фильтры верхних частот, полосовые фильтры (а в последнее время и Т-образные фильтры) и режекторные (заграждающие). В данной курсовой работе мы будем рассматривать активный полосовой фильтр на операционном усилителе, назначение его основных элементов и амплитудно-частотную характеристику фильтра.

1.      
Обоснование состава элементов устройства и разработка принципиальной схемы

Необходимо произвести детальный электрический расчет активного фильтра на операционном усилителе. Эквивалентная схема такого фильтра представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Эквивалентная схема активного полосового фильтра на операционном усилителе

Таким образом, электрическая схема будет иметь вид, представленный на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. - Электрическая схема активного фильтра на операционном усилителе.

Обоснование основных элементов:

С1 и R1 - R-C-цепочка, работающая как фильтр высоких частот; образует завал амплитудно-частотной характеристики в области нижних частот.

С2 и R2 - R-C-цепочка, работающая как фильтр нижних частот; образует завал амплитудно-частотной характеристики в области верхних частот. Наличие в схеме элементов С1, R1, а также С2, R2 позволяет осуществлять избирательность по определенной частоте, т. е. выделить необходимую полосу пропускания (что и является основной функцией полосового фильтра)

R3 - данное сопротивление минимизирует смещение. Его присутствие не является обязательным, однако стоит отметить, что для неинвертирующего усилителя сопротивления R1 и R3 делают равными для того, чтобы уменьшить изменения выходного сигнала, вызванные изменениями входных токов первого каскада усиления операционного усилителя

Ек1 и Ек2 - источники питания, создающие инвертирующий вход. Необходимость использования двух разнополярных источников - недостаток операционного усилителя. Использование инверсного входа в данном случае также является мерой борьбы с самовозбуждением (автогенерацией).- операционный усилитель, обеспечивает требуемый коэффициент усиления на средней частоте;

Входной сигнал в таких активных фильтрах всегда подается на инверсный вход операционного усилителя. В этом случае усилитель обладает высокой устойчивостью к самовозбуждению, прямой вход не используют из-за склонности такого усилителя к самовозбуждению.

2.       Принципиальная схема устройства и расчет ее элементов

Необходимо произвести детальный электрический расчет активного фильтра на операционном усилителе. Принципиальная схема такого фильтра представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема активного полосового фильтра на операционном усилителе

Для схемы активного полосового фильтра на операционном усилителе (рисунок 2.1) произведем расчет элементов.

Определим величину сопротивления резистора R1.

Сопротивление резистора R1 выбирается из условия минимального падения напряжения на нем при максимальном входном токе операционного усилителя:

UR1 = Imax . R1 ≤ UR1min ,

а UR1min = 0,1Uсд ,

следовательно,

Выберем величину R1 из стандартного ряда [Приложение 1]:

Определи мощность рассеивания резистора R1:

Выберем тип и номинал R1:

С2-33Н-0,125 - 470 Ом ± 5%

Определим величину сопротивления резистора R2 в цепи обратной связи:

Выберем величину сопротивления R2 из стандартного ряда [Приложение 1]:

Определи мощность рассеивания резистора R2:

Выберем тип и номинал R2:

С2-33Н-0,125 - 1 МОм ± 5%

Определим величину сопротивления резистора R3, минимизирующего смещение:

Выберем величину R3 из стандартного ряда [Приложение 1]:

Определи мощность рассеивания резистора R3:

Выберем тип и номинал R3:

С2-33Н-0,125 - 470 Ом ± 5%

Определим величину емкости конденсатора С1, входящего совместно с R1 в состав фильтра высоких частот и определяющего нижнюю частоту сопряжения fн:

откуда получаем:

Выберем величину емкости конденсатора С1 из стандартного ряда [Приложение 1]:

Выберем тип и номинал:

К70-6 - 63 В - 330 пФ ± 10%

Определим величину емкости конденсатора С2, входящего совместно с R2 в состав фильтра низких частот и определяющего верхнюю частоту сопряжения fв:

откуда:

Выберем величину емкости С2 из стандартного ряда [Приложение 1]:

Выберем по типо-номиналу:

К70-6 - 63 В - 22 пФ ± 10%

Построим амплитудно-частотную характеристику фильтра.

Рисунок 2.2 - Амплитудно-частотная характеристика активного полосового фильтра на операционном усилителе.

Заключение

В результате проделанной курсовой работы была разработана принципиальная схема активного полосового фильтра на операционном усилителе, был обоснован состав ее элементов, а также их электрический расчет, построен график амплитудно-частотной характеристики.

При расчете элементов принципиальной схемы были получены следующие значения:

Спецификация на рассчитанные элементы:

Список литературы

1.       Катаранов Б.А. Электроника и электротехника. Часть вторая. Электроника. СВИ - 2000.

.        Катаранов Б.А. и др. Электроника. Пособие к ПЗ. СВИ - 2000.

.        Зеленевский В.В. Каналы связи в автоматизированных системах управления. СВИ, 2005.

.        Куцко Т. Ю. Расчет полосовых фильтров. М. - Л., «Энергия», 1965

.        Конденсаторы: справочник/под редакцией И. И. Четверткова, М. Н. Дьяконова. М.: Радио и связь, 1993. - 392с: ил.

.        Резисторы: справочник/В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Пратусевич и др.; Под общ. ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1987. - 352с.; ил.

Приложение 1

Ряды стандартных номиналов конденсаторов и резисторов