Tanulmány frekvenciájú jel szűrése áramkörök
Célkitűzés: A tanulmány a frekvencia szűrés RC szűrők például jel diagramok.
Használt gépek és eszközök: személyi számítógép, a program Electronics Workbench.
Irányelvek: Gyakorlati munkát a diákok több mint kétórás osztályok. Filter_01 használt fájlok, filter_02, filter_03, filter_04. Listája diagramok és szimulált feladatokat meghatározása függ tanár készültségi csoport és a képzés idejére.
Szűrés jeleket. szűrők
Szűrés - jelkonvertáló megváltoztatása érdekében közötti arány különböző frekvenciájú komponensek. Felvételi szűrők hasznos információt nyújt az információs jel keverve interferencia a kívánt tulajdonságokkal. A fő feladat a szűrő típus kiválasztása és a számítás módjában ilyen paraméterek, amelyek maximalizálják a észlelésének valószínűsége az információs jelet a háttér-interferenciát. Frekvencia-szelektív áramkör, amely jelfeldolgozást végez, és a zaj, hogy valamilyen keveréke is, az úgynevezett optimális szűrőt. Optimalitás kritériumot a maximális jel-zaj arány. Ez a követelmény vezet a választás ilyen formában gyakorisággal szűrő átviteli tényező, amely a maximális jel-zaj arány a kimenetén. Egy lineáris szűrés problémák feltételezik, hogy a megfigyelt tényleges folyamat az adalékanyag keverék jel és a zaj.
Szűrőket használnak a jelek továbbítása a kívánt frekvencia tartományban, és a csillapítása jelek ezen a tartományon kívül. besorolás szűrők elsősorban által szállított formájában az amplitúdó-frekvencia karakterisztika (frekvenciaátvitel) aluláteresztő szűrő (LPF), egy felüláteresztő (LPF), sáváteresztő szűrő (PPF) és bandstop (bemetszés) szűrő (NRF). Például, egy olyan aluláteresztő szűrő halad alacsony frekvenciájú jelek, beleértve a nullát, és késlelteti az interferáló rádiófrekvenciás jelek. Ábra. egy vázlatos rajz egy passzív aluláteresztő szűrő (LPF) az elsőrendű. Az, hogy a szűrő száma határozza meg az azt alkotó elemek tárolhat energiát, azaz kondenzátorok és induktivitások. Alacsony frekvenciájú jelek áthaladnak aluláteresztő szűrő kimenetén. Nagyfrekvenciás jelek hurkolt kondenzátoron keresztül a földhöz, és nem jelennek meg a szűrő kimenő. Cutoff szűrő frekvencia fc = 1 / T [rad / s] ahol t = RC - időállandó.
Ha az aluláteresztő szűrő ellenállás és kondenzátor cserélni, majd kapcsolja be a passzív felüláteresztő szűrő (HPF) az elsőrendű. A levágási frekvencia határozza meg ugyanazt a kifejezést, mint az LPF.
Aktív szűrők állnak opamp működő lineáris módban, és a passzív elemek. A modern operációs erősítőknek, bár magas, de a korlátozott sávszélesség, ezért a jelenleg aktív szűrők vannak kialakítva frekvenciáknál ritkán haladja meg a 0,1 MHz-es. Azonban ez alacsonyabb frekvenciákon, ahol az indukciós tekercsek terjedelmesek, aktív szűrők és széles körben használják. Ha az alap invertáló erősítő áramkör, hogy adjunk egy visszacsatoló kondenzátor C (ábra.), A kapott elsőrendű aktív aluláteresztő szűrőt. Ez a szűrő a kombinációja a hagyományos integráló áramkör és egy invertáló műveleti erősítő. Mivel a nagy bemeneti ellenállás a műveleti erősítő nem tölti be a integráló áramkör, és a transzfer karakterisztika a szűrő határozza integrálásával a lánc:
H (k) = K⋅FO / (S + f0).
A szűrő az úgynevezett elsőfokú szűrő, mivel a nevező-polinom a transzfer karakterisztika van egy első fokú argumentum s. A frekvenciamenet ennek a szűrőnek azonos a frekvencia válaszát egy passzív elsőrendű aluláteresztő szűrőt.
Ábra. Aktív aluláteresztő szűrő az elsőrendű gyakorisága, (a) sematikus diagramja (b) az amplitúdó-frekvencia jelleggörbe.
Az egyetlen előnye ennek a rendszernek (de nagyon jelentős) - nagyon alacsony kimeneti impedancia által az operációs rendszer, így betölteni hatása elhanyagolható, a szűrő tulajdonságai nem függenek a terheléssel szembeni ellenállás és a forrás, nincs szükség arra, hogy azokat az egyenértékű szűrő áramkör, amely szükséges, ha figyelembe vesszük a passzív szűrők .
Azáltal, C kondenzátorból, hogy az alap a invertáló erősítő áramkör bemeneti, megkapjuk az első-rendű aktív felüláteresztő szűrő. A frekvenciamenet azonos a frekvencia válasz a passzív felüláteresztő szűrő az elsőrendű
Aktív szűrő felső elsőrendű gyakorisága, (a) sematikus diagramja (b) az amplitúdó-frekvencia jelleggörbe.
Ábra. sematikus ábrája aktív szűrő a második és a harmadik megrendeléseket. másodrendű szűrőt kapunk lépcsőzetes két szűrő és RS bevezetésének pozitív visszajelzés, hogy növeljék nyereséget egy szűrő levágási frekvencia. A harmadik rend szűrő bevezető tartalmazza egy további RS- szűrőt. Lépcsőzetes szűrők a második és a harmadik rend, akkor kap szűrők nagyobb megrendeléseket.
Ábra. (A) az aktív aluláteresztő szűrő a másodrendű gyakorisága, (b) A normalizált aktív aluláteresztő szűrő a harmadik rend.
Az aktív szűrő a másodrendű felső frekvencia aktív szűrő normalizált felső harmadrendű frekvenciákat.
Azáltal, sorba kapcsolt aluláteresztő és felüláteresztő sávszűrő kapott széles sávszélesség. A frekvencia a aluláteresztő szűrő levágási felett levágási frekvenciáját felüláteresztő, és csak egy adott esetben a frekvencia lehet venni, mint egyenlő.
A fésűs szűrő kapjuk nem kaszkád és párhuzamosan kapcsolt, bemenetek az alsó és felső frekvencia szűrő kimenet. Ez ad egy összegzése az átviteli sáv.
Általában, az átviteli függvényt a aluláteresztő szűrő az n rend lehet reprezentálni:
H (k) = K0 / (1+ A1S + a2s2 +. + Ansn)
Attól függően, hogy milyen a polinom a nevezőben megkülönböztetni Butterworth szűrők, Bessel, Csebisev, stb ..
Butterworth szűrők. Ezek a szűrők jellemezve maximálisan lapos választ áteresztő sáv együtt magas csillapítása meredeksége (meredeksége frekvenciaátvitel a sávszélesség). nagyságát ellenőrző áttétel és szerkezetátalakításához frekvencia széles végzik ezeket a szűrőket is könnyebb, mint a többi szűrő, mert a lépcsőzetes összekötő szakasz az összes beállított ugyanazon a frekvencián.
Chebyshev. Ezek a szűrők a legmagasabb csillapítás lejtőn. Azonban az, hogy meg kell „fizetni” a veszteség egyenletessége a frekvencia válasz a frekvenciasávot (AFC jelenik meg a rezgési-kibocsátás). Minél nagyobb a lejtőn a csillapítás, a nagyobb egyenetlenségek. Attól függően, hogy a megengedett szintje hullámokat a frekvenciasávot használja különböző táblázatok kiszámítására ilyen szűrőt. Mivel az amplitúdója ezen rezgések ugyanaz, a Csebisev szűrőt is nevezik szűrőt hullámosság egységes.
Az inverz Csebisev szűrő frekvenciamenete változik monoton a frekvenciasávot és a lezárási sávban pulsates. A elliptikus szűrő válaszideje jellemzi egységes feszültségingadozás az átviteli sávra és a lezárási sávban.
Bessel szűrő. A Bessel-szűrőt nem keresett a legjobb közelítést a amplitúdó-frekvencia és fázis-frekvencia a szűrő jellemzőit. Kiszűrni nem torzítja a jelet, amelynek spektruma rejlik sávszélessége van szükség, hogy a kimeneti jel elmarad a bemenet azonos minden harmonikus. Mivel a fáziseltolás mérjük frakciói az időszak az harmonikus, állandóságát időeltolódás egyenértékű lineáris frekvenciafüggőségét fáziseltolódás a kimeneti jel képest a bemeneti jel a szűrő. Bessel-szűrő adja a legjobb közelítés a tényleges fázis frekvencia karakterisztika ideális lineáris kapcsolat, a megfelelő állandó késleltetési. Bessel-szűrő van egy maximálisan lapos csoport késedelem (a-származék az fázisú válasz a frekvencia.) Az intézkedés alapján a lépcsős szűrő jelet. Azonban a meredeksége a szűrő csillapítása kicsi.
szűrő számítási táblázatot egyszerűsíthetik számítás. Feltételezzük, hogy a levágási frekvencia a normalizált filter = 1 rad / s. Minden szűrőt ellenállások Ro = 1 0m. Kapacitás Co, minden kondenzátor a táblázatban meghatározott a farads. Paraméterek ωo, r0, Co, azzal jellemezve, hogy egy bizonyos „normalizált” szűrő; méretezés értéküket egy igazi szűrő segítségével a következő egyenlet
ωo r0So i = ω r Ci.
A paraméterek ω és R véletlenszerűen kiválasztani, majd ebből az egyenletből, hogy meghatározzuk az értékeket Ci konténerek.
Ábra. A grafikonok az amplitúdó-frekvencia jellemzőit az aktív szűrő negyedrendű aluláteresztő
1 - Butterworth szűrő; 2 - Csebisev szűrő; 3 - Inverz Csebisev szűrő; 4 - elliptikus szűrő; 5 - Bessel-szűrő
A legtöbb egyéb végrehajtási aktív szűrők használt egységek Sallena- Ki és Rauch, amely áramkör látható az ábrán.
Hivatkozás a kialakított áramkör alapján nem invertáló erősítő, vagy ahogy az ismert a elmélete az aktív szűrők, feszültségforrás, feszültségvezérelt oszcillátor (más néven - szerkezet Sallena- Ci). Link értékelése látható. b ugróhivatkozást egy multiloop visszajelzést vagy szerkezet Rauch.
Ábra. Reakcióvázlat másodrendű aktív egységek
szűrőegységek Sallena- Ci Rauch és alkalmas végrehajtására csak polinomiális szűrők (Butterworth, Csebisev és a Bessel). Egy sokoldalú, bár bonyolultabb, egy negyedfokú egység, amelynek áramkör látható az ábrán. Biquad rész tartalmazza a nagyobb számú elemet, de kevésbé érzékeny a rosszul működő elemeket és egyszerűbb beállítani.
Ábra. Scheme biquad aktív link
Az alábbi ábra egy másodrendű szűrő áramkör modellezésére EWB jelenti.
Az anya az összes eszköz-készítés volt specialitások osztály „finommechanikai eszközök”, amely megnyitotta a 1961-ben a Gépészmérnöki Kar.
1976-ban a opto-mechanikai tanszék szervezte.