Курсовая работа: Проектирование активных фильтров

Реферат

Курсовая работа по дисциплине “Электротехника и электроника”, на тему “Проектирование активных фильтров”, студента 3-го курса.

Ключевые слова: активный фильтр, операционный усилитель, фильтр нижних частот, схема Саллена-Ки, амплитудно-частотная характеристика, частота среза, коэффициент усиления, добротность, расчет фильтра.

В работе изучены основные виды фильтров и особенности формирования их амплитудно-частотных характеристик. Также представлен полный расчет пассивных и активных компонентов фильтра: номиналов резисторов и конденсаторов, коэффициента усиления и добротности. Выполнен анализ соответствия полученной амплитудно-частотной характеристики заданным техническим параметрам, включая частоту среза, уровень усиления и затухания в зонах пропускания и подавления. Особое внимание уделено проверке использования стандартных номиналов элементов и параметров операционного усилителя для обеспечения стабильной работы схемы.

Достигнутый результат — активный фильтр, обеспечивающий точный частотный отбор с оптимальной крутизной спада и минимальными искажениями, пригоден для применения в системах аналоговой обработки сигналов.

Курсовая работа демонстрирует как теоретические основы, так и практическое конструирование и проверку параметров активных фильтров.

СОДЕРЖАНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.. 5

ВВЕДЕНИЕ. 6

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 7

1 СОСТАВЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ФИЛЬТРА.. 11

2 ВЫБОР СХЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ФИЛЬТРА.. 12

2.1 Схема реализации фильтра 2-го порядка. 13

2.2 Расчет пассивной части фильтра. 14

2.3 Построение амплитудно-частотной характеристики пассивной части фильтра. Анализ полученной схемы на соответствие требованиям. 16

3 РАСЧЕТ АКТИВНОЙ ЧАСТИ ФИЛЬТРА.. 19

3.1 Схема реализации активной части фильтра. 19

3.2 Метод расчёта коэффициента усиления. 20

3.3 Построение амплитудно-частотной характеристики фильтра. Анализ полученной схемы на соответствие требованиям. 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 25

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 26

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ФВЧ — фильтр верхних частот

ФНЧ — фильтр нижних частот

ОУ — операционный усилитель

К — коэффициент усиления

ζ — коэффициент демпфирования

ω₀ — частота среза

Q — добротность фильтра

АЧХ — амплитудно-частотная характеристика

К_max — максимальный коэффициент усиления в полосе пропускания

К_min — минимальный коэффициент усиления в полосе задержки

ВВЕДЕНИЕ

Активные фильтры — это электрические цепи, включающие активные компоненты, такие как операционные усилители или транзисторы. Их основная функция состоит в селективной фильтрации сигналов при одновременном усилении.

Ключевое отличие активных фильтров от пассивных заключается в исключении индуктивных элементов , что упрощает интеграцию в схемотехнику и настройку, а также повышает точность формирования заданных частотных характеристик.

В зависимости от того, какие частотные диапазоны пропускает фильтр, выделяют три ключевых типа зон его работы:

1. Полоса пропускания — частотный интервал от ω₁ до ω₂, где сигнал проходит через фильтр с соблюдением установленного ограничения на коэффициент усиления.
2. Полоса задержки — диапазон частот от ω₃ до ω₄, в пределах которого сигнал максимально подавляется (коэффициент усиления принимает минимально возможные значения).
3. Полоса перехода — промежуточная область, расположенная между полосой пропускания и полосой задержки. Для неё характерно постепенное снижение коэффициента усиления: от максимального уровня (в полосе пропускания) до минимального (в полосе задержки).