Obiectiv: Pentru a studia filtrarea frecventa RC- filtreaza diagramele exemplu de semnal.
Echipament folosit și instrumente: un calculator personal, programul Electronics Workbench.
Linii directoare: Activitatea practică se realizează de către elevi pe parcursul a două ore de clase. Filter_01 utilizate fișiere, filter_02, filter_03, filter_04. Lista de diagrame și misiuni simulate determinate în funcție de grupul de pregătire a cadrelor didactice și durata formării.
Semnale de filtrare. filtre
Filtrare - conversie a semnalului, în scopul de a schimba raportul dintre componentele lor de frecvență diferite. Filtrele de selecție furnizează informații utile din semnalul de informație amestecat cu interferența cu caracteristicile dorite. Sarcina principală a selecției tipul de filtru și calculul este de a obține astfel de parametri care maximizează probabilitatea de detecție a semnalului de informație la interferențe de fond. Frecventa-selective circuit care efectuează procesare de semnal și zgomot la unele amestec bine, denumit filtrul optim. criteriul Optimalitate este considerat a asigura semnal maxim zgomot. Această cerință conduce la alegerea unei astfel de forme un coeficient de transmisie filtru de frecvență, care furnizează un semnal maxim zgomot la ieșirea sa. Într-o probleme de filtrare liniară se presupune că procesul real observată este semnalul de amestec de aditivi și zgomot.
Filtrele sunt utilizate pentru transmisia semnalelor în gama de frecvențe dorită și atenuarea semnalelor în afara acestui interval. Filtrele de clasificare se realizează în primul rând prin forma caracteristicilor amplitudine-frecvență (răspuns în frecvență) filtre de trecere joasă (LPF), un high-pass (LPF), filtru trece banda (PPF) și bandstop filtru (crestătură) (NRF). De exemplu, un filtru trece-jos trece semnale de joasă frecvență, inclusiv la zero, și întârzie semnalele de frecvență radio de interferență. Fig. este o diagramă schematică a unui filtru pasiv trece-jos (LPF), din ordinul întâi. Ordinea filtrului este determinată de numărul elementelor sale constitutive pot stoca energie, și anume condensatoare și bobine. Semnalele de frecvență joasă trece prin filtrul trece jos la ieșirea sa. semnale de înaltă frecvență sunt buclă printr-un condensator la sol și nu apar la ieșirea filtrului. Cutoff frecvență filtru fc = 1 / T [rad / s] unde t = RC - constanta de timp.
În cazul în care filtrul rezistor low-pass și un condensator pentru a schimba locurile, apoi rotiți filtrul highpass pasiv (HPF) din prima comanda. Frecvența de tăiere este determinată de aceeași expresie pentru LPF.
Filtre active constau din opamp funcționează în modul liniar, și elemente pasive. amplificatoare de operare moderne au, deși mare, dar o lățime de bandă limitată, astfel încât filtrele active, în prezent, sunt construite pentru frecvențe mai mari de 0,1 MHz rar. Cu toate acestea, este la frecvențe joase, unde bobinele inductive sunt filtre voluminoase, activi și sunt utilizate pe scară largă. Dacă baza de inversoare circuit amplificator pentru a adăuga un feedback condensator C (fig.), Aflată la prima comandă obținută activ filtru low-pass. Acest filtru este combinația unui circuit de integrare convențional și un amplificator operațional inversor. Datorită rezistenței mare de intrare a amplificatorului operațional nu incarca circuitul de integrare, iar caracteristica de transfer a filtrului este determinată prin integrarea lanțului:
H (s) = K⋅fo / (s + f0).
Filtrul este numit un prim filtru de ordinul, deoarece polinomul numitorul caracteristica de transfer are un prim argument grad s. Răspunsul de frecvență al acestui filtru este identic cu răspunsul în frecvență al unui prim ordin filtru low-pass pasiv.
Fig. Active filtru low-pass a primei frecvențe de comandă, (a) Diagrama schematică (b) caracteristica amplitudine-frecvență.
Singurul avantaj al acestui sistem (dar foarte important) - impedanță foarte scăzut de ieșire furnizate de sistemul de operare, astfel încât încărcați efectele sunt neglijabile, caracteristicile de filtrare nu sunt dependente de rezistența de sarcină și sursa, nu este nevoie să le includă în circuitul de filtrare echivalent, care este necesară atunci când se analizează filtre pasive .
Prin adăugarea unui condensator C la baza inversoare circuit amplificator, obținem ordinul întâi filtru highpass activ. Răspunsul său frecvență este identică cu frecvența de răspuns pasiv high-pass filtru de primul ordin
Filtru Activ superior de frecvență de ordinul întâi, (a) Diagrama schematică (b) caracteristica amplitudine-frecvență.
Fig. sunt diagrame schematice ale filtrelor active din a doua și a treia comenzi. al doilea filtru de ordinul se obține prin cascadă două filtre și RS- introducerea feedback pozitiv pentru a crește câștigul pentru o frecvență filtru cutoff. A treia admisie filtru de ordinul a inclus un filtru RS- suplimentar. Cascadă filtrele de-a doua și a treia comandă, puteți obține filtre de comenzi mai mari.
Fig. (A) Active filtru low-pass a doua frecvență de comandă, (b) normalizată activ filtru trece-jos al treilea ordin.
Filtrul activ al doilea ordin de frecvență superioară filtru activ normalizate frecvențele de ordinul al treilea superior.
Prin conexiunea serie de filtre lowpass și bandpass HPF obținute cu o lățime de bandă largă. Frecvența secționării filtru lowpass peste frecvența de tăiere de mare trecere și numai într-un anumit caz, frecvența poate fi luată egală.
Filtrul notch nu este obținută în cascadă și conectate în paralel și intrările superioare și inferioare ieșirile filtru de frecvență. Aceasta oferă o însumare a lor benzi de trecere.
În general, funcția de transfer a filtrului lowpass de ordinul n poate fi reprezentat ca:
H (s) = K0 / (1+ A1S + a2s2 +. + Ansn)
În funcție de tipul de polinomului la numitor distinge filtrele Butterworth, Bessel, Cebîșev, etc ..
Filtre Butterworth. Aceste filtre sunt caracterizate ca răspuns maxim plat în banda de trecere, în conjuncție cu pantă ridicată atenuare (prăvăliș de răspuns de frecvență este lățimea de bandă). raportul de transmisie magnitudinea de control și de restructurare a frecvenței într-o gamă largă sunt realizate în aceste filtre este mai ușor decât celelalte filtre, deoarece în secțiunile de conectare în cascadă a tuturor configurate pe aceeași frecvență.
Cebîșev. Aceste filtre asigura cea mai mare atenuare pantei. Cu toate acestea, pentru că trebuie să „plătească“ pierderea de uniformitate a răspunsului în frecvență în banda de trecere (AFC apar pe emisiile de vibrație). Cu cât panta atenuării, cu atât mai mare neuniformitate. În funcție de nivelurile admisibile de unda din passband folosesc tabele diferite pentru calcularea acestor filtre. Deoarece amplitudinea acestor oscilații este aceeași, filtrul Cebîșev este numit, de asemenea, filtru de unda uniforma.
frecvența de răspuns a filtrului inversă Chebyshev variază în passband monoton și în pulsează stopband. Ca răspuns filtru eliptic se caracterizează printr-o ondulație uniform în passband și în banda oprită.
Filtre Bessel. Filtrul Bessel nu a căutat cea mai bună aproximare la amplitudine-frecvență și fază-frecvență pentru caracteristicile de filtrare. Pentru a filtra nu denaturează semnalul a cărui spectru se află în passband este necesar ca semnalul de ieșire lag-uri de intrare este aceeași pentru toate armonice. Deoarece defazajul se măsoară în fracțiuni de perioada armonicii, constanța intervalul de timp este echivalentă cu dependența de frecvență liniară a defazajului a semnalului de ieșire în raport cu semnalul de intrare al filtrului. filtru Bessel oferă cea mai bună aproximare a caracteristicilor reale de frecvență de fază la o relație liniară ideală, întârzierea corespunzătoare constantă. Filtrele Bessel au o întârziere de grup maxim plat (derivata a răspunsului de fază a frecvenței.) Sub acțiunea semnalului de filtrare în trepte. Cu toate acestea, prăvăliș atenuarea filtrului este mic.
filtru pentru tabele de calcul poate simplifica calculul acestora. Se presupune că frecvența de tăiere pentru filtrul normalizat = 1 rad / s. Pentru toate rezistoarele filtru Ro = 1 0m. Capacitanță Co, toate condensatoarele sunt specificate în tabelul din farazi. Parametrii ωo, R0, Co, caracterizat printr-un anumit filtru „normalizat“; scalarea valorile lor pentru un filtru real, prin utilizarea ecuației
ωo r0So i = ω r Ci.
Parametrii uj și R sunt selectați în mod aleatoriu și apoi din această ecuație pentru a determina valorile containerelor Ci.
Fig. Graficele caracteristicilor amplitudine-frecvență ale filtrelor active patra comandă lowpass
1 - filtru Butterworth; 2 - filtru Cebîșev; Filtru Inverse Chebyshev - 3; 4 - Filtru eliptic; 5 - filtru Bessel
Cele mai multe alte pentru implementarea filtrelor active utilizate unitățile Sallena- Ki și Rauch, care circuit este prezentat în Fig.
Link pe un circuit construit pe baza amplificatorului neinversor sau, așa cum este cunoscut în teoria filtrelor active, sursa de tensiune, oscilator controlat în tensiune (un alt nume - structura Sallena- Ci). Link ca în Fig. legătură apel b cu un feedback multiloop sau structura Rauch.
Fig. unităților active Schema de ordinul a doua
Unități de filtrare Sallena- Ci Rauch și potrivite pentru punerea în aplicare numai filtre polinomial (Butterworth, Chebyshev și Bessel). O unitate biquadratic mai versatil, deși mai complicat, al cărui circuit este prezentat în Fig. sectiunea Biquad conține un număr mai mare de elemente, dar este mai puțin sensibil la elemente nu funcționează corespunzător și mai ușor de configurat.
Fig. Schema biquad link-ul activ
Următoarea figură prezintă un circuit filtru de ordinul doi pentru modelarea EWB înseamnă.
Mama tuturor instrument de luare a fost specialități departamentul de „Mecanică Fină Dispozitive“, care a fost deschis în 1961 la Facultatea de Inginerie Mecanică.
În 1976, a fost organizat departamentul opto-mecanic.