цифровые измерительные приборы. Национальный технический университет украины киевский политехнический институт кафедра систем автоматизированного проектирования
 Скачать 0.83 Mb.
|
A(f) = | K(j2f) |8. Описание программы , реализующей методику расчета Программа, реализующая приведенную выше методику расчета, написана на языке Паскаль (для компилятора Boland Pascal 7.0) и предназначена для автоматизированного проектирования фильтров нижних частот с использованием максимально плоской аппроксимации амплитудно-частотной характеристики (аппроксимации Баттерворта). Листинг программы приведен в приложении П1. Программа позволяет рассчитать активный RC фильтр нижних частот до 50-го порядка. Программа также формирует файл протокола расчета filter.txt; файл filter.tab, содержащий результат табулирования АЧХ спроектированного фильтра, а также файл filter.atd, содержащий задание на моделирование фильтра и анализ его частотных характеристик в системе ALLTED. После запуска программы на экране появляется заставка. После нажатия клавиши Enter программа запрашивает у пользователя параметры проектируемого фильтра: частоту среза, минимальную неравномерность коэффициента передачи в полосе пропускания, граничную частоту полосы задерживания и минимальное затухание коэффициента передачи в полосе задерживания. В случае ввода некорректного набора исходных данных программа выводит сообщение об ошибке и ее характере, после нажатия клавиши Enter программа повторно запрашивает у пользователя параметры фильтра. В случае, если введенные параметры корректны, то после нажатия клавиши Enter программа производит расчет фильтра. Если в процессе расчета будет получен порядок фильтра , превышающий установленный максимально допустимый (50), то выдается соответствующее сообщение и работа программы прекращается. После завершения расчета на экране появляется информация о параметрах спроектированного фильтра, его порядок, количество звеньев, и их порядок, добротность, тип схемной реализации и номиналы компонентов в этих реализациях. Для реализации звеньев первого порядка используется схема на инвертирующем ОУ. Для звеньев второго порядка с добротностью <10 – схема с многопетлевой обратной связью; с добротностью <10 – биквадратная схема. После просмотра результатов расчета нажимают Enter и программа выводит на экран график логарифмической АЧХ спроектированного фильтра (дБ). При нажатии любой клавиши работа программы завершается. 9. Расчет схемы фильтра с помощью разработанной программы С помощью разработанной программы, описание которой приведено в предыдущем пункте, был проведен расчет схемы фильтра нижних частот в соответствии с вариантом задания на курсовую работу. Результаты расчета схемы фильтра приведены в приложении П2. Фильтр имеет порядок 8 и требует для своей реализации четыре звена второго порядка, построенных по схеме с многопетлевой обратной связью. График логарифмической АЧХ схемы фильтра, построенный разработанной программой, приводится в приложении П3. В приложении П4 приводится листинг файла filter.txt, содержащего протокол расчета схемы фильтра. Листинг сгенерированного программой файла filter.atd, содержащего задание на моделирование с помощью пакета ALLTED, приводится в приложении П5. 10. Моделирование полученной схемы фильтра с помощью пакета ALLTED Моделирование схемы фильтра, полученной с помощью разработанной программы, проводилось с помощью пакета схемотехнического проектирования ALLTED. Файл задания на моделирование АЧХ полученной схемы фильтра был сгенерирован разработанной программой, его листинг представлен в приложении П5. График логарифмической АЧХ схемы фильтра, полученный в результате расчета с помощью пакета ALLTED, представлен в приложении П6. 11. Сравнение полученных результатов В результате расчета схемы фильтра с помощью разработанной программы, реализующей изложенную выше методику расчета, были получены следующие параметры логарифмической АЧХ фильтра (см. приложения П3 и П5), представленные в Таблице 1.
Таблица 1. Параметры АЧХ фильтра, полученные с помощью разработанной программы. При последующем моделировании полученной схемы фильтра с помощью пакета ALLTED , по построенному графику были получены следующие параметры логарифмической АЧХ фильтра, приведенне в Таблице 2.
Таблица 2. Параметры АЧХ фильтра, полученные с помощью пакета ALLTED. Если представленные в Таблице 2 АЧХ схемы фильтра пронормировать по значению на частоте f = 0 Гц, т.е принять это значение за 0 дБ, то параметры АЧХ схемы фильтра будут иметь следующий вид (см. Таблица 3) :
Таблица 3. Параметры АЧХ фильтра, полученные с помощью пакета ALLTED, после нормированния относительно значения на частоте f = 0 Гц. При сравнении Таблицы 1 с Таблицей 3, видим, что рассчитанная схема обеспечивает требуемое минимальное затухание в полосе задерживания (30 дБ), причем значения, полученные с помощью разработанной программы и с помощью пакета ALLTED, совпадают с хорошей точностью. Что же касается неравномерности АЧХ в полосе пропускания, то значение, полученное при моделировании в ALLTED, оказалось меньше максимально допустимого (2 дБ). Однако следует отметить, что график АЧХ, полученный в пакете ALLTED, имеет некоторый подъем вблизи частоты среза ( максимальное значение 0.48 дБ), причиной чего очевидно является небольшая расстройка звеньев фильтра относительно необходимых центральных частот вследствие того, что выходное сопротивление реальных операционных усилителей имеет конечное значение, а также других причин, которые не учитывались при расчете схемы фильтра разработанной программой. Выводы В процессе выполнения курсовой работы была спроектирована схема фильтра нижних частот. Для расчета схемы фильтра была разработана программа, реализующая изложенную выше методику расчета схемы фильтра нижних частот с максимально плоской аппроксимацией АЧХ ( по Баттерворту ). В результате выполнения этой программы была получена схема фильтра нижних частот восьмого порядка, состоящая из четырех последовательно включенных звеньев второго порядка, построенных по схеме с многопетлевой обратной связью. Далее было проведено моделирование АЧХ полученной схемы фильтра с помощью пакета ALLTED. В качестве задания на моделирования использовался файл, автоматически сгенерированный разработанной программой. Полученные результаты несколько отличаются от рассчитанных с помощью разработанной программы, однако, в целом требования к параметрам АЧХ были удовлетворены, что свидетельствует о правильности описанной выше методики. Отклонения предполагаемых результатов от полученных при моделировании вызваны очевидно тем, что методика расчета предполагает, использование идеального операционного усилителя, а при моделировании в пакете ALLTED используется модель, приближенная к реальному операционному усилителю. Учитывая это обстоятельство, а также неизбежный разброс номиналов емкостных и резистивных компонентов в реальном устройстве, можно сделать вывод о том, что полученная схема фильтра нижних частот восьмого порядка имеет недостаточный запас по минимальному затуханию в полосе задерживания (при моделировании запас = 30.29 дБ – 30 дБ = 0.29 дБ ; в теории запас = 30.33 дБ –30 дБ =0.33 дБ ).Таким образом, при построении реального устройства следует взять порядок фильтра равным 9 вместо 8, что обеспечит достаточный запас по минимальному затуханию в полосе задерживания ( порядка 4.4 дБ). |