8-900-374-94-44
[email protected]
Slide Image
Меню
02.01.1970| alexxlab| Нет комментариев

Расчет полосового фильтра онлайн: Онлайн расчёт полосовых LC — фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков.

Содержание

Онлайн расчёт полосовых LC — фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков.

Полосовой, он же полосно-пропускающий фильтр — это фильтр, пропускающий частоты в некоторой полосе частот, находящейся между нижней и верхней частотами среза, и может быть легко представлен в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот.
Однако более рациональными с точки зрения оптимизации характеристик, являются фильтры, рассчитанные через ФНЧ-прототип. Преобразование фильтра низких частот в полосовой фильтр осуществляется заменой емкостей ФНЧ прототипа параллельными контурами, а индуктивностей — последовательными.

Примеры таких полосовых фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков приведены на Рис.1.

Рис.1

Расчёт поведём, используя прототипы фильтров нижних частот имени уважаемого Пафнутия Чебышева и таблицы не менее уважаемого господина Гранта Ханзела, приведённые в справочнике по расчёту фильтров.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ПОЛОСОВЫХ LC ФИЛЬТРОВ.


На Рис.2 приведены амплитудно-частотные характеристики полосовых фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков с полосой пропускания 3-5 МГц.

Рис.2

Характеристики затухания фильтров вне полосы пропускания симметричны и составляют величины: 38 дБ на октаву для фильтров 3-го порядка, 75 дБ — для фильтров 5-го порядка и 112 дБ — для фильтров 7-го порядка. Неравномерность в полосе пропускания — менее 0,5 дБ.

Приведённая таблица может стать хорошим подспорьем при расчёте входных диапазонных фильтров радиоприёмников и трансиверов, однако следует учитывать маленький, но ЖИРНЫЙ «НЮАНС»:
Фильтры Чебышева значительно лучше других справляются с подавлением внеполосных сигналов, но становятся крайне неудобными (с точки зрения критически малых значений номиналов некоторых элементов) при выборе узкой полосы прозрачности.
Поэтому наиболее выигрышно они будут смотреться в устройствах относительно широкополосных — с не менее, чем полуоктавной полосой пропускания.

 

Расчёт LC — фильтров. Онлайн калькулятор ПФ, ФВЧ, ФНЧ.

Калькуляторы ФНЧ, ФВЧ, резонансных, полосовых LC — фильтров, а также фильтров для акустических систем

LC — фильтры я оставил на десерт, подобно бутылке благородного вина, покрытой слоем вековой пыли. Это антиквариат, причём наиболее древним из семейства фильтров, построенных при помощи индуктивностей и ёмкостей, является параллельный LC колебательный контур, изображённый на Рис.1.
Частотная зависимость коэффициента передачи такого LC контура соответствует характеристике резонансного полосового фильтра. Именно с этого самого простого LC-фильтра мы и начнём расчёт.

Как уже было сказано — LC контур, включённый по схеме, приведённой на Рис.1, представляет собой узкополосный полосовой резонансный фильтр, настроенный на частоту:

fо= 1/(2π√LС).
На резонансной частоте сопротивление контура равно:
Rо = pQ, где р — это характеристическое сопротивление колебательного контура, численно равное: р = √L/C, а
Q = fо/Δf — это параметр добротности LC контура, определяющий полосу пропускания фильтра по уровню 3 дБ.
Рис.1

А рассчитать добротность контура можно по формуле Q = p/Rпот = (√L/C)/Rпот,
где Rпот — это сумма сопротивлений потерь:
а) в катушке индуктивности (в первом приближении = активному сопротивлению катушки) и

б) в конденсаторе (сопротивление потерь в диэлектрике).

На низких частотах конденсаторы практически не вносят потерь, поэтому добротность контура равна добротности катушки индуктивности, величина которой напрямую зависит от активного сопротивления катушки. Чем ниже частота, тем больше витков и тоньше провод, тем проще его измерить активное сопротивление тестером.
На радиочастотах значение активного сопротивления катушки может составлять доли ома. Поэтому для расчёта добротности надо: либо найти сопротивление катушки в Омах по формуле R= 4ρ*L/(πd²), где ρ — удельное сопротивление меди, равное 0,017 Ом•мм²/м, L — длина в метрах, d — диаметр провода в мм. Либо (и лучше) — вооружиться генератором сигналов, каким-либо измерителем уровня выходного сигнала с высоким внутренним сопротивлением, и определить добротность контура экспериментально.
Это решение является более правильным в связи с тем, что на высоких частотах на сопротивление потерь начинают влиять и другие факторы, в частности потери в конденсаторе, особенно если он окажется варикапом.

Нарисуем табличку с расчётом фильтра для низкочастотных приложений.

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ НЧ.

Если параметр активного сопротивления катушки R опущен, его значение принимается равным 100 Омам.
Необходимо отметить, что все полученные в таблице данные верны и для последовательного колебательного контура. При этом, если мы хотим использовать свойства контура полностью, т. е. получить острую резонансную кривую, соответствующую конструктивной добротности, то параллельный контур надо нагружать слабо, выбирая R1 и Rн намного больше Rо (на практике десятки-сотни кОм), для последовательного же контура, сопротивление генератора R1 наоборот должно быть на порядки меньше характеристического сопротивления ρ.

Теперь, нарисуем таблицу для расчёта высокочастотных резонансных контуров.

Тут на добротность влияет не только активное сопротивление катушек, но и другие факторы, такие как — потери в ферритах, наличие экрана, эффект близости витков и т. д. Поэтому вводить этот параметр в качестве входного я не стану — будем считать, что добротность катушки вы измерили, или подсмотрели в документации на готовые катушки. Естественным образом значение добротности катушки должно измеряться на резонансной частоте контура, ввиду прямой зависимости этой величины от рабочей частоты (Q=2πfL/R).
К тому же я добавлю сюда параметр добротности конденсатора, особенно актуальный в случае применения варикапов.
По умолчанию (для желающих оставить эти параметры без внимания), добротность катушки примем равной 100, конденсатора — 1000, а для испытывающих стремление измерить эти параметры в радиолюбительских условиях, рекомендую посетить страницу   ссылка на страницу .

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ ВЧ.

Теперь плавно переходим к LC фильтрам верхних и нижних частот (ФВЧ и ФНЧ).

Рис.2

В полосе пропускания коэффициент передачи по напряжению данных фильтров близок к единице при условии R1 Однако оптимальные параметры, с точки зрения равномерности АЧХ и передачи максимальной мощности в нагрузку, обеспечиваются при R1 = Rн = ρ. В этом случае фильтр является согласованным, правда коэффициент передачи в полосе пропускания становится равным К=0.5.

Номиналы элементов и параметры ФВЧ и ФНЧ вычислим для согласованных LC фильтров. За частоту среза, как водится, примем частоту, на которой ослабление сигнала составляет 3дБ. Крутизна спада АЧХ в полосе подавления таких фильтров составляет 12 дБ/октаву.
Ну да ладно, ближе к делу.

ТАБЛИЦА LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.


А если надо рассчитать L и C при известных значениях Fср и ρ?

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

В последнее время мне на почту приходит всё большее количество вопросов по поводу LC-фильтров для акустических систем. Т. е. фильтров, для которых входным источником является усилитель с практически нулевым внутренним сопротивлением, а нагрузкой — динамическая головка, обладающая неким (условно примем) активным импедансом.
Естественно, что расчёт элементов, выполненный с помощью приведённых выше калькуляторов для согласованных цепей, ожидаемых результатов не даст ни с точки зрения частоты среза фильтра, ни с точки зрения — равномерности его АЧХ. Поэтому вдогонку размещу-ка я и калькулятор для расчёта НЧ-ВЧ фильтров для акустики, либо каких иных приложений, где величина сопротивления источника имеет величину значительно меньшую, чем Rн.

Плюсом этих фильтров является близкий к единице коэффициент передачи сигнала, минусом — меньшая (чем у согласованных) крутизна спада АЧХ в полосе подавления, которая составляет 10 против 12 дБ/октаву.

РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ для АКУСТИКИ и прочего.

Фильтры, посчитанные на последнем калькуляторе, являются фильтрами Баттерворта 2-го порядка. А желающим рассчитать акустические ФВЧ, ФНЧ и ПФ различных типов и порядков предлагаю посетить страницу: ссылка на страницу.

Приведённые выше ФВЧ и ФНЧ называются Г-образными.
Для получения более крутых скатов АЧХ используют два или более согласованных Г-образных звеньев, соединяя их последовательно, чтобы образовать Т-образное звено (на Рис.3 сверху), или П-образное звено (на Рис.3 снизу). При этом получаются ФНЧ третьего порядка. Обычно, ввиду меньшего количества катушек, предпочитают П-образные звенья.


Рис.3

ФВЧ конструируют подобным же образом, лишь катушки заменяются конденсаторами, а конденсаторы — катушками.

Широкополосные полосовые LC — фильтры получают каскадным соединением ФНЧ и ФВЧ.

Что касается многозвенных LC-фильтров высоких порядков, то более грамотным решением (по сравнению с последовательным соединением фильтров низших порядков) будет построение подобных устройств с использованием полиномов товарищей Чебышева или Баттерворта.

Именно такие фильтры 3-го, 5-го и 7-го порядков мы и рассмотрим на следующей странице.

 

Расчет полосового фильтра

При построении электронных схем достаточно часто используются фильтры полосового типа. Они широко применяются в резонансных контурах при построении схем приема и передачи радиосигнала и т.д. Для фильтрации частот низкого типа наиболее целесообразным является применение полосовых фильтров, в качестве активного элемента в которых выступает операционный усилитель.

Преимущественным достоинством полосовых фильтров, создаваемых на основе ОУ, является минимальное количество используемых компонентов. Поэтому такие фильтры легки в проектировании и построении, но при этом достаточно производительны.

Назначение и особенности полосовых фильтров

Полосовой фильтр создается с целью пропускания только частот заданного диапазона и погашения всех остальных частот. Основными характеристиками такого фильтра являются:

  • полоса пропускания, образуемая сигналами, пропускаемыми фильтром без изменения;
  • полоса затухания, представляющая собой сигналы, подвергаемые ослаблению при прохождении через фильтр.

В идеале фильтр должен содержать резкое разграничение полос пропускания и затухания, обеспечивая беспрепятственное прохождения сигнала внутри полосы и полное его погашение вне данного диапазона.

На самом деле создать фильтр с идеальными характеристиками невозможно. В любом случае, сигнал, проходящий вне полосы пропускания, но в непосредственной близости к ней, будет погашаться только частично. Данную область именуют крутизной спада фильтра, ее измерение осуществляется в дБ затухания/октава.  Чем уже область спада, тем эффективнее будет работать фильтр, что следует учитывать при его проектировке.

Расчет полосового фильтра

Построение полосового фильтра, обеспечивающего эффективную фильтрацию частот, – занятие достаточно сложное. Но вполне возможно создать фильтр на ОУ, оптимально совмещающий простую конструкцию и достаточно высокую производительность. Примером такого фильтра может послужить схема, содержащая помимо ОУ, 2 резистора и 3 конденсатора.

Максимальное и минимальное значение полосы пропускания определяются в зависимости от резонансной частоты (f) и добротности (Q):

fmax — fmin = f/Q . 

Так, при значении f=20 Гц, Q=10, разница между максимальным и минимальным значением частот составляет 2 Гц, соответственно fmax=21 Гц, fmin=19 Гц.

Для упрощения расчетов в схеме лучше использовать конденсаторы одинаковой емкости. Допустим, C1=C2=C=1мкФ.

Для расчета сопротивления воспользуемся формулами:

Выполним расчеты для случая H0= 5. Вообще, приступая к расчетам следует учесть, что для построения полосного фильтра, содержащего только один операционный усилитель, значение коэффициента усиления не должно быть более 5, а добротности – более 10.

Выполнив вычисления, получим: R1=15,9 кОм; R2=408кОм; R3=159,2 кОм.

Чем ближе будут характеристики резисторов и конденсаторов к полученным при расчете значениям, тем качественнее будет функционировать фильтр, созданный по вашей схеме.

В каталоге нашей компании можно приобрести полосовые фильтры, а также ознакомиться с их функциональными особенностями и характеристиками. Цены на представленные модели можно уточнить, связавшись с менеджером «СпецТехКонсалтинг».

Фильтр LC. Расчет. Калькулятор. Катушка. Мои закладки.

Фильтр LC. Расчет. Калькулятор. Катушка. Мои закладки.

Фильтр LC. Расчет. Калькулятор. Катушка. Мои закладки.

Расчет LC. Резонанс колебательного контура. Фильтр.

Расчет частоты резонанса колебательного контура … Калькулятор расчета резонанса в контуре … Расчет частоты резонанса колебательного контура. Колебательный контур LC. Свободные электрические колебания в параллельном контуре. Расчёт частоты резонанса LC-контура, простой онлайн-калькулятор …

Coil32 — On-line калькуляторы витков катушки, расчет однослойной индуктивности … Калькулятор расчета однослойной катушки индуктивности … Расчет Катушка Индуктивность Витки : On-line калькуляторы. Расчет однослойной катушки …

Свойства катушек индуктивности … Электричество и магнетизм. Общая электротехника и электроника. Расчет Индуктивность Свойства. Свойства катушек индуктивности. Электричество и магнетизм. Общая электротехника и электроника. Накопленная энергия в индуктивности. Гидравлическая модель. Индуктивность в электрических цепях. Схемы соединения катушек индуктивностей. Параллельное соединение индуктивностей. Последовательное соединение индуктивностей. Добротность катушки индуктивности. Катушка индуктивности. Формула индуктивности. Базовая формула индуктивности катушки. Индуктивность прямого проводника. Индуктивность катушки с воздушным сердечником. Индуктивность многослойной катушки с воздушным сердечником. Индуктивность плоской катушки. Конструкция катушки индуктивности. Применение катушек индуктивности. Расчет катушек индуктивности. Метод определения собственной емкости катушек. Расчет и изготовление плоских катушек индуктивности …

Емкость. Свойства. Расчет. Электростатика … Электричество и магнетизм. Общая электротехника и электроника. Электростатические машины и лейденская банка. Диэлектрики. Диэлектрическая проницаемость. Проводники. Коммутационные устройства. Удельное сопротивление. Резисторы. Разность потенциалов. Электрическая емкость, конденсаторы. Индуктивные элементы. Свойства катушек индуктивности. Постоянный ток. Источники постоянного тока и напряжения (ЭДС). О реальных явлениях электромагнетизма …

Индуктивные элементы … Электричество и магнетизм. Общая электротехника и электроника. Индуктивные элементы … Расчет Идуктивность Свойства. Индуктивные элементы. Катушки индуктивности и трансформаторы. Катушки контуров. Катушки связи. Дроссели высокой частоты. Дроссели низкой частоты …

Онлайн расчёт RC фильтров … RC-фильтры … Расчет Фильтр ФНЧ ФВЧ. Онлайн расчёт RC фильтров. Схема и частотная характеристика. Частота среза фильтра. RC-фильтры предстваляют собой цепочку, состоящую из резистора и конденсатора. В зависимости от их расположения фильтр пропускает или верхние или нижние частоты …

Расчёт LC — фильтров. Онлайн калькулятор ПФ, ФВЧ, ФНЧ … Онлайн калькулятор LC фильтров … Расчет LC — фильтров. Онлайн калькулятор ПФ, ФВЧ, ФНЧ. Калькуляторы ФНЧ, ФВЧ, резонансных, полосовых LC фильтров. Индуктивность катушки. Активное сопротивление катушки. Емкость конденсатора. Резонансная частота фильтра. Добротность фильтра Q. Характеристическое сопротивление. Полоса пропускания фильтра …

Многозвенные LC фильтры … Онлайн калькулятор многозвенных полосовых LC фильтров … Расчет ФНЧ ФВЧ 3 5 7 порядка — Т и П типа. Онлайн расчёт многозвенных LC — фильтров. Калькулятор ПФ, ФВЧ, ФНЧ 3-го, 5-го и 7-го порядков. Фильтр Чебышева. Фильтр Баттерворта. Одиночный LC фильтр не может обеспечить достаточного подавления сигналов вне заданного диапазона частот, поэтому для формирования более крутой переходной области обычно используют многозвенные LC фильтры …

Режекторные эллиптические фильтры образуют конденсаторы, установленные катушкам — параллельно в ФНЧ или последовательно в ФВЧ … Онлайн калькулятор многозвенных элиптических LC фильтров … Расчет фильтр эллиптический Кауэра. Онлайн расчёт многозвенных эллиптических LC — фильтров Кауэра ПФ, ФВЧ, ФНЧ 3-го, 5-го и 7-го порядков. Крутизна спада амплитудной характеристики линейных фильтров показала себя недостаточно. В отличии от классических линейных аналогов наличие дополнительных конденсаторов, включенных параллельно в ФНЧ (или последовательно в ФВЧ) катушкам индуктивности — образуют режекторные фильтры и формируют дополнительную крутизну спада АЧХ эллиптических фильтров …

Онлайн калькулятор полосовых LC фильтров … Онлайн калькулятор, расчет полосовых LC фильтров 3 / 5 / 7 порядка … Калькулятор полосовых LC фильтров Чебышева … Полосовой, он же полосно-пропускающий фильтр — это фильтр, пропускающий частоты в некоторой полосе, находящейся между нижней и верхней частотами среза … Он может быть легко представлен в виде последовательности, состоящей из ФНЧ / фильтра нижних и ФВЧ / фильтра верхних частот …

Калькулятор.

Калькулятор геодезических куполов, 3D дизайн со вращением мышью, расчет размеры … Расчет купольного дома из треугольников … Интересный купольный сферический дом предлагают самостоятельно изготовить из обычных треугольников … Для его расчета можно воспользоваться онлайн калькулятором … Чем больше треугольников — тем, получится, более округлая сфера …

Планета калькуляторов, онлайн калькуляторы … Онлайн калькулятор — Сегмент круга … Вычисление сегмента по хорде и высоте … Площадь сегмента круга по радиусу и высоте … Круговой сегмент — все варианты расчета …

Формулы — геометрия, алгебра, физика … Формулы круга … Все основные формулы для определения длины радиуса окружности. Окружность и круг. Радиус окружности. Длина хорды окружности. Высота сегмента круга. Площадь круга. Длина окружности. Онлайн калькуляторы для расчета …

Сервис бесплатных строительных калькуляторов … Адаптация расчетов под мобильные телефоны и Android … Строительные калькуляторы … Общестроительные работы, калькулятор нагрузки, металл, железобетон, дерево, инженерные коммуникации, отделка, расчет размеров, теплотехника, электрика. Перевод единиц измерения …

Некоторые полезные онлайн калькуляторы … Интерактивные утилиты преобразования … Калькулятор / конвертер … Конвертер цифровой базы. Конвертер текущая дата / время GMT. Координаты, современный вариант Lat / Lon в NMEA 0183 dddd.mmmm, HASH строки, Конвертер HEX / DEC / Строка …

Закон Ома. Онлайн калькулятор. Учеба и наука, Физика … Онлайн калькулятор — закон Ома … Закона Ома определяет связь между током, напряжением и сопротивлением в электрических цепях …

Конвертер.

Base64 Decode и Encode — Online … Base64 — декодирование и кодирование … Калькулятор / конвертер Base64 Decode / Encode …

Алфавит Base32 и Base64 … Гари Кесслер Ассошиэйтс … Обучение, образование и консалтинговые услуги … Алфавит Base32 (5-бит), Base64 (6-бит) из RFC4648 …

Integer Base конвертер для программистов на C# … Системы счисления на базе 2 10 16, перевод … Если вы программист, вы знаете разные системы счислений. В повседневной жизни нас обычно устраивает система счисления на базе 10. Но компьютерный мир совсем другой. Бинарный характер хранения данных на компьютере двоичная система на базе 2 и числа длинной двоичной строки — читать нелегко. Шестнадцатеричная система на базе 16 делает строки короче — но также непонятно для знакомых нам человеческих десятичных обозначений. Для работы с цифрами, написанными в разных системах позиционных цифр, нужны инструменты для перевода чисел с одной базы на другую …

Конвертер регистров текста — конвертировать онлайн верхний регистр в нижний, нижний регистр в верхний и другие варианты … Текстовые утилиты онлайн … Конвертер регистров текста … Конвертировать онлайн верхний регистр в нижний … Нижний регистр в верхний и другие варианты …

Популярные и самые популярные — бесплатно.

Краткое описание более 1000 страниц в 100 простых словах … Самые популярные теги, самые употребляемые слова и фразы, отражающие суть и цели материалов — легко найти простым поиском по сайту …

О сайте : CMS страница интернет онлайн … Статьи : авто ремонт двигатель автомобиль управление грузовик … Календарь : день праздник пост международный природа … Компьютер : диск windows программа файл … Desktop : калькулятор онлайн игра двигатель топливо … Дом и быт : фото сайт активные роторы видео … Песни под гитару : авторский акустика живой звук … Справочник, руководство : ремонт автомобиль диагностика система авто прямой … Музыка, хиты : бесплатно песня радио … Погода от гидрометцентра : трасса дорога маршрут … Радио : прием RTL SDR антенна цифровой … Спутниковый мониторинг : спутник частота прием … Спутник, телеметрия : мониторинг связь контроль … Телескоп : линза камера увеличение изображение … Обзор, программы : диагностика ремонт авто auto repair … Торрент трекер : torrent tracker загрузка … Тренды : фильм интернет история бизнес новости … Тюнинг : авто софт программы радио калькулятор … Авто машины : ремонт инфо код поиск электросхема ошибка … Альтернатива : погода прогноз дорога трасса маршрут … Закладки : теория Россия видео Земля инструмент … Главное, суть : авто ремонт программы радио видео двигатель диагностика дорога трасса маршрут …

TechStop-Ekb.ru : познавательные развлечения, техника, технологии … На сайте, для работы и соответствия спецификациям — используются … Протокол HTTPS шифрования для безопасного соединения с сервером и защиты пользовательских данных … Антивирус DrWeb для превентивной защиты пользователей от интернет угроз и вирусов … Ресурс входит в рейтинги Рамблер Топ 100 (познавательно-развлекательные сайты) и Mail Top 100 (авто мото информация) …

Тех Стоп Екб RU (РФ) официальный сайт, популярные темы, погода, новости, обзоры с картинками, бесплатно, актуально, без регистрации … Смотреть утром, днем, вечером и ночью — круглосуточно онлайн …

Меню раздела, новости и новые страницы.

Главная страница сайта, обновления и новости … Самые популярные страницы сайта за неделю и месяц … Справка работы за три месяца …

… 2020. Ученые. Россия. Российский способ. Инструмент. Камера. Мозг. Вирус. И … … Фильтр LC. Расчет. Калькулятор. Катушка. Индуктивность. Онлайн. Частота. ФВ … … Супер рецепты в домашних условиях. Рецепт. Мясо. Засолка. Сало. Перец. Соль … … 2021. Россия. США. Новое. Ученые. Закон. Страна. Специалисты. Вакцина. Разв … … Видео. Мозг. Микробы. Плесень. Земля. Мир. Растения. Сода. Организм. Реальн … … Хронология распространения COVID-19 из Китая в 2020 г.. Первичные упоминани … … 2019. Интернет. Работа. Сайты. Браузер. Закупки. Лампа. Баня. Память. Росси … … Видео. Право. Битвы экстрасенсов. Сок от рака. Как правильно. Ненависть. Об … … Бесплатные программы. Windows. Программирование. BAT. CMD. Строка. Символ. … … Коронавирус COVID-19. SARS-CoV-2. Карантин в России. Коронавирусная инфекци … … Курсы. Дистанционное обучение. Образование онлайн. Открытый и бесплатный до … … Дрон. Симулятор. Квадрокоптер. Программа. Управление. Гоночный. Джойстик. Ж … … Земля. Древние книги. Бог. Веды. Енох. Тайные знания. Библия. Христос. Учен … … Фильмы и видео. Альтернативные теории и науки о Земле и Вселенной. Гравитац … … Наука. Теория. Гравитация. Теории заговора. Альтернативные теории. Физика. … … ЧПУ, программная обработка. Инструмент и станки для дома и производства. Ст …

© 2021 ТехСтоп Екатеринбург.

С 2016++ техническая остановка создается вместе с вами и для вас …

Фильтры RC. Частота среза. Расчёт онлайн.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) — электрическая цепь, эффективно пропускающая частотный спектр сигнала ниже определённой частоты, называемой частотой среза, и подавляющая сигнал выше этой частоты.

Фильтр высших частот (ФВЧ) — электрическая цепь, эффективно пропускающая частотный спектр сигнала выше частоты среза, и подавляющая сигнал ниже этой частоты.

Рассмотрим в качестве фильтра простейшую цепь RC, принцип работы которой основан на зависимости реактивного сопротивления конденсатора от частоты сигнала.

Если к источнику переменного синусоидального напряжения U частотой f подключить последовательно резистор сопротивлением R и конденсатор ёмкостью C, падение напряжения на каждом из элементов можно вычислить исходя из коэффициента деления с импедансом Z.

Импеданс — комплексное (полное) сопротивление цепи для гармонического сигнала.
Z² = R² + X² ;    Z = √(R² + X²) , где Х — реактивное сопротивление.

Тогда на выводах резистора напряжение UR будет составлять:

XC – реактивное сопротивление конденсатора, равное 1/2πfC

При равенстве R = XC на частоте f, выражение упростится сокращением R и примет вид:

Следовательно, на частоте f равенство активного и реактивного сопротивлений цепочки RC обеспечит одинаковую амплитуду переменного синусоидального напряжения на каждом из элементов в √2 раз меньше входного напряжения, что составляет приблизительно 0.7 от его значения.
В этом случае частота f определится исходя из сопротивления R и ёмкости С выражением:

τ — постоянная времени цепи RC равна произведению RC

Повышение частоты уменьшит реактивное сопротивление конденсатора и падение напряжение на нём, тогда напряжение на выводах резистора возрастёт. Соответственно, понижение частоты увеличит напряжение на конденсаторе и уменьшит на резисторе.

Зависимость амплитуды переменного напряжения от его частоты называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ).

Если рассмотреть АЧХ напряжения на выводах конденсатора или резистора в RC цепи, можно наблюдать на частоте f = 1/(2π τ) спад уровня до значения 0.7, что соответствует -3db по логарифмической шкале.

Следовательно, цепь RC может быть использована как фильтр нижних частот (ФНЧ) — красная линия на рисунке, или фильтр высших частот (ФВЧ) — синяя линия.

Ниже представлены схемы включения RC-цепочек в качестве фильтров соответственно ФНЧ и ФВЧ.

            

Частоту f = 1/(2π τ) называют граничной частотой fгр или частотой среза fср фильтра.

Частоту среза фильтра можно посчитать с помощью онлайн калькулятора

Достаточно вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.
При переключении множителей автоматически происходит пересчёт результата.

Пост. времени τ RC и частота среза RC-фильтра
τ = RC ;   fср = 1/(2πτ)

Похожие страницы с расчётами:

Расчёт импеданса.
Расчёт резонансной частоты колебательного контура.
Расчёт компенсации реактивной мощности.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Расчет фильтров нижних и верхних частот

Практический расчет фильтров верхних и нижних частот (RC и LC фильтров)

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Сегодня, на сайте “Радиолюбитель”, на очередном занятии “Практикума начинающего радиолюбителя”, мы с вами рассмотрим порядок расчета фильтров  верхних и нижних частот.
Из этой статьи вы узнаете, что фильтровать можно не только “базар”, но и многое другое. А изучив статью, научитесь самостоятельно проводить необходимые расчеты, которые вам помогут при конструировании или наладке различной аппаратуры (в статье много формул, но это не страшно, на самом деле все очень просто).

В первую очередь определимся, что понятия “верхние” и “нижние” частоты относятся к звукотехнике, а понятия “высокие” и “низкие” частоты – относятся к радиотехнике.

Фильтры верхних частот (далее ФВЧ) и фильтры нижних частот (далее ФНЧ) применяются во многих электрических схемах и служат для разных целей. Одним из ярких примеров их применения – цветомузыкальные устройства. К примеру, если вы наберете в поисковике “простая цветомузыка”, то заметите, насколько часто в результатах поиска показывается простейшая цветомузыка на одном транзисторе. Естественно, что такую конструкцию очень трудно назвать цветомузыкой. Зная что такое фильтры верхних и нижних частот и как они рассчитываются, вы сами, самостоятельно, можете переделать такую схему в более полноценное цветомузыкальное устройство. Простейший случай: вы берете две таких одинаковых схемы, но перед каждой ставите фильтр. Перед одним транзистором ФНЧ, а перед вторым – ФВЧ и у вас уже получается двухканальная цветомузыка. А если покумекать, то можно взять еще один транзистор и применив два фильтра (ФНЧ и ФВЧ или один средней частоты) получить третий канал – среднечастотный.

Прежде чем продолжить разговор о фильтрах коснемся очень важной их характеристики – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Что это за показатель.

АЧХ фильтра показывает как изменяется уровень амплитуду сигнала проходящего через этот фильтр в зависимости от частоты сигнала.
Т.е., на одной частоте входящего на фильтр сигнала уровень амплитуды такой-же как и на выходе, а для другой частоты, фильтр, оказывая сопротивление сигналу, ослабляет амплитуду входящего сигнала.

Тут же появляется еще одно определение: частота среза.

Частота среза – это частота, на которой происходит спад амплитуды выходного сигнала до значения равного 0,7 от входного.
Например, если при частоте входного сигнала 1 кГц  амплитудой 1 вольт на выходе фильтра амплитуда входного сигнала уменьшается до 0,7 вольта, то частота 1 кГц является частотой среза данного фильтра.

И последнее определение – крутизна частотной характеристики фильтра.

Крутизна частотной характеристики фильтра – это показатель того, на сколько резко изменяется амплитуда входного сигнала на выходе при изменении его частоты. Чем быстрее происходит спад АЧХ тем лучше.

Фильтры высоких и низких частот – это обыкновенные электрические цепи, состоящие из одного или нескольких элементов, обладающих нелинейной АЧХ, т.е. имеющих разное сопротивление на разных частотах.

Подытоживая вышесказанное можно сделать вывод, что по отношению к звуковому сигналу фильтры являются обыкновенными сопротивлениями, с тем лишь отличием, что их сопротивление меняется в зависимости от частоты звукового сигнала. Такое сопротивление называется реактивным и обозначается как Х.

Частотные фильтры изготавливают из элементов, обладающих реактивным сопротивлением – конденсаторов и катушек индуктивности. Рассчитать реактивное сопротивление конденсатора можно по нижеприведенной формуле:

Xc=1/2пFС   где:
Хс – реактивное сопротивление конденсатора;
п – оно и в Африке “пи”;
F – частота;
С – емкость конденсатора.
То есть, зная емкость конденсатора и частоту сигнала, всегда можно определить какое сопротивление оказывает конденсатор для конкретной частоты.

А реактивное сопротивление катушки индуктивности вот этой формулой:

XL=2пFL    где:
XL – реактивное сопротивление катушки индуктивности;
п – оно и в России “пи”;
F – частота сигнала;
L – индуктивность катушки

Частотные фильтры бывают нескольких типов:
– одноэлементные;
– Г- образные;
– Т – образные;
– П – образные;
– многозвенные.

В этой статье мы с вами не будем глубоко опускаться в теорию, а рассмотрим только поверхностные вопросы, и только фильтры состоящие из сопротивлений и конденсаторов (фильтры с катушками индуктивности трогать не будем).

Одноэлементный фильтр

— фильтр состоящий из одного элемента: или конденсатора (для выделения верхних частот), или катушки индуктивности (для выделения нижних частот).

Г – образный фильтр

Г-образный фильтр – это обыкновенный делитель напряжения с нелинейной АЧХ и его можно представить в виде двух сопротивлений:

С помощью делителя напряжения мы можем понизить входное напряжения до необходимого нам уровня.
Формулы для расчета параметров делителя напряжения:

Uвх=Uвых*(R1+R2)/R2
Uвых=Uвх*R2/(R1+R2)
Rобщ=R1+R2
R1=Uвх*R2/Uвых – R2
R2=Uвых*Rобщ/Uвх

К примеру, нам дано:
Rобщ=10 кОм, Uвх=10 В, на выходе делителя надо получить Uвых=7 В
Порядок расчета:
1. Определяем   R2= 7*10000/10= 7000= 7 кОм
2. Определяем  R1= 10*7000/7-7000= 3000= 3 кОм, или R1=Rобщ-R2=10-7= 3 кОм
3. Проверяем     Uвых=10*7000/(3000+7000)= 7 В
Что нам и требовалось.
Знание этих формул необходимо не только для построения делителя напряжения с нужным выходным напряжением, но и для расчета фильтров нижних и верхних частот, в чем вы убедитесь ниже.

ВАЖНО!
Так как сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу делителя, влияет на выходное напряжение, то значение R2 должно быть в 100 раз меньше входного сопротивления нагрузки. Если не нужна высокая точность, то это значение можно снизить до 10 раз.
Это правило также справедливо и при расчетах фильтров.

Чтобы из делителя напряжения на двух резисторах получить фильтр применяют конденсатор.
Как вы уже знаете, конденсатор обладает реактивным сопротивлением. При этом его реактивное сопротивление на высоких частотах минимально, а на низких частотах – максимально.

При замене сопротивления R1 на конденсатор (при этом на высоких частотах ток через него проходит беспрепятственно, а на низких ток через него не проходит) мы получим фильтр верхних частот.
А при замене конденсатором сопротивления R2 (при этом, обладая малым реактивным сопротивлением на высоких частотах, конденсатор шунтирует токи высокой частоты на землю, а на низких частотах его сопротивление велико и ток через него не проходит)- фильтр нижних частот.

Как я уже сказал, уважаемые радиолюбители, мы не будем глубоко нырять в дебри  электротехники, иначе мы заблудимся и забудем о чем шла речь. Поэтому сейчас мы абстрагируемся от сложных взаимосвязей мира электротехники и будем рассматривать эту тему как частный случай, не привязанный ни к чему.
Но продолжим. Не так все плохо. Знание хотя бы элементарных вещей очень большое подспорье в радиолюбительской практике. Ну не рассчитаем мы точно фильтр, а рассчитаем с ошибкой. Ну и ничего страшного, в ходе настройки прибора мы подберем и уточним нужные номиналы радиодеталей.

Порядок  расчета Г-образного фильтра верхней частоты

В приведенных примерах расчет параметров фильтра начинается с того, что нам известно общее сопротивление делителя напряжения, но наверное правильнее, при практическом расчете фильтров, определять сначала сопротивление резистора R2 делителя, значение которого должно быть в 100 раз меньше сопротивления нагрузки к которой фильтр будет подключен. А также следует не забывать что делитель напряжения тоже потребляет ток, так-что в конце, необходимо будет определить и рассеиваемую мощность на резисторах для их правильного выбора.

Пример: Нам надо рассчитать Г-образный фильтр верхней частоты с частотой среза 2 кГц.

Дано: общее сопротивление делителя напряжения – Rобщ= 5 кОм, частота среза фильтра – 2 кГц.
Входное напряжение принимаем за 1, а выходное за 0,7 (можно взять конкретные напряжения, но в нашем случае это никакой роли не играет).
Проводим расчет:
1. Так как мы подключили конденсатор вместо резистор R1, то реактивное сопротивление конденсатора Хс = R1.
2. Определяем по формуле делителя напряжения сопротивление R2:
R2=Uвых*Rобщ/Uвх =0,7*5000/1 = 3500= 3,5 кОм.
3. Определяем сопротивление резистора R1:
R1=Rобщ-R2= 5 – 3,5= 1,5 кОм.
4. Проверяем значение выходного напряжения на выходе фильтра при рассчитанных сопротивлениях:
Uвых=Uвх*R2/(R1+R2) =1*3500/(1500+3500) = 0,7.
5. Определяем емкость конденсатора, которую выводим из формулы: Xc=1/2пFC=R1 —> C=1/2пFR1:
C=1/2пFR1 = 1/2*3,14*2000*1500 =5,3*10-8 =0,053 мкФ.
Емкость конденсатора также можно определить по формуле: C=1,16/R2пF.
6. Проверяем частоту среза Fср по формуле, которую также выводим из выше приведенной:
Fср=1/2пR1C= 1/2*3,14*1500*0,000000053 = 2003 Гц.
Таким образом мы определили, что для построения фильтра высокой частоты с заданными параметрами (Rобщ= 5 кОм, Fср= 2000 Гц) необходимо применить сопротивление R2= 3,5 кОм и конденсатор емкостью С= 0,053 мкФ.
? Для справки:
? 1 мкФ = 10-6 Ф = 0,000 001 Ф
? 0,1 мкФ = 10-7 Ф = 0,000 000 1 Ф
? 0,01 мкФ = 10-8 Ф = 0,000 000 01 Ф
и так далее…

Порядок  расчета Г-образного фильтра нижней частоты

Пример: Нам надо рассчитать Г-образный фильтр нижней частоты с частотой среза 2 кГц.

Дано: общее сопротивление делителя напряжения – Rобщ= 5 кОм, частота среза фильтра – 2 кГц.
Входное напряжение принимаем за 1, а выходное за 0,7 (как и в предыдущем случае).
Проводим расчет:
1. Так как мы подключили конденсатор вместо резистор R2, то реактивное сопротивление конденсатора Хс = R2.
2. Определяем по формуле делителя напряжения сопротивление R2:
R2=Uвых*Rобщ/Uвх =0,7*5000/1 = 3500= 3,5 кОм.
3. Определяем сопротивление резистора R1:
R1=Rобщ-R2= 5 – 3,5= 1,5 кОм.
4. Проверяем значение выходного напряжения на выходе фильтра при рассчитанных сопротивлениях:
Uвых=Uвх*R2/(R1+R2) =1*3500/(1500+3500) = 0,7.
5. Определяем емкость конденсатора, которую выводим из формулы: Xc=1/2пFC=R2 —> C=1/2пFR2:
C=1/2пFR2 = 1/2*3,14*2000*3500 =2,3*10-8 =0,023 мкФ.
Емкость конденсатора также можно определить по формуле: C=1/4,66*R2пF.
6. Проверяем частоту среза Fср по формуле, которую также выводим из выше приведенной:
Fср=1/2пR2C= 1/2*3,14*3500*0,000000023 = 1978 Гц.
Таким образом мы определили, что для построения фильтра нижней частоты с заданными параметрами (Rобщ= 5 кОм, Fср= 2000 Гц) необходимо применить сопротивление R1= 1,5 кОм и конденсатор емкостью С= 0,023 мкФ.

Т – образный фильтр

Т- образные фильтры высоких и низких частот, это те же Г- образные фильтры, к которым добавляется ещё один элемент. Таким образом, они рассчитываются так же как делитель напряжения, состоящий из двух элементов с нелинейной АЧХ. А после, к расчётному значению суммируется значение реактивного сопротивления третьего элемента. Другой, менее точный способ расчёта Т-образного фильтра начинается с расчёта Г-образного фильтра, после чего, значение «первого» рассчитанного элемента Г-образного фильтра увеличивается, или уменьшается в два раза – «распределяется» на два элемента Т-образного фильтра. Если это конденсатор, то значение ёмкости конденсаторов в Т-фильтре увеличивается в два раза, а если это резистор или дроссель, то значение сопротивления, или индуктивности катушек уменьшается в два раза:

П – образный фильтр

П-образные фильтры, это те же Г- образные фильтры, к которым добавляется ещё один элемент впереди фильтра. Всё, что было написано для Т-образных фильтров справедливо для П-образных.
Как и в случае с Т-образными фильтрами, для расчёта П-образных используют формулы делителя напряжения, с добавлением дополнительного шунтирующего сопротивления первого элемента фильтра. Другой, менее точный способ расчёта П-образного фильтра начинается с расчёта Г-образного фильтра, после чего, значение «последнего» рассчитанного элемента Г-образного фильтра увеличивается, или уменьшается в два раза – «распределяется» на два элемента П-образного фильтра. В противоположность Т-образному фильтру, если это конденсатор, то значение ёмкости конденсаторов в П-фильтре уменьшается в два раза, а если это резистор или дроссель, то значение сопротивления, или индуктивности катушек увеличивается в два раза.

Как правило, одноэлементные фильтры применяют в акустических системах. Фильтры верхних частот обычно делают Т-образными, а фильтры нижних частот П-образными. Фильтры средних частот, как правило, делают Г-образными, их двух конденсаторов.

Для написания статьи, кроме всего прочего использовались материалы с сайта www.meanders.ru, автором и владельцем которого является Александр Мельник, за что ему большое и бесконечное (меандровское) спасибо.

Проектирование и расчёт полосного фильтра

Проектирование и расчёт полосного фильтра

Реферат

Курсовая работа: 18с., 8 рис., 2 табл., 3 источника.

Объект исследования – активный полосовой фильтр на операционном усилителе.

Цель работы – расчёт и синтез схемы полосового фильтра на интегральном операционном усилителе, анализ амплитудно-частотной характеристики полученного устройства.

Метод исследования – формирование виртуальной модели фильтра, определение электрических параметров (по средствам ЭВМ).

Спроектирован фильтр на операционном усилителе с многопетлевой обратной связью. Устройство характеризуется следующими параметрами: частота среза , полоса пропускания Δf=250 Гц, коэффициентом передачи в полосе пропускания , наклон АЧХ 40(дБ/дек). Установлено, что выбранная схема фильтра является одной из наиболее дешёвых в реализации, при соблюдении предъявляемых к ней требований.

Ключевые слова:

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР, АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ЧАСТОТА СРЕЗА, ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ, ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ.

Содержание

Введение

1 Анализ технического задания

2 Синтез схемы и расчет элементов фильтра

3 Расчет АЧХ фильтра на ЭВМ

4 Подбор элементов для схемы

Выводы

Список использованных источников

Введение

Цепи фильтрации сигналов – важная и неотъемлемая часть многих систем связи и электрических контрольно-измерительных устройств. Они служат для формирования частотных каналов в системах коммутации, разделения и преобразования электрических сигналов.

В большинстве случаев электрический фильтр представляет собой частотно-избирательное устройство. Следовательно, он пропускает сигналы определённых частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот. Наиболее общими типами частотно-избирательных фильтров являются фильтры нижних частот (которые пропускают низкие частоты и задерживают высокие частоты), фильтры верхних частот (которые пропускают высокие частоты и задерживают низкие частоты), полосно-пропускающие фильтры (которые пропускают полосу частот и задерживают те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы) и полосно-заграждающие фильтры (которые задерживают полосу частот и пропускают те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы).

На практике невозможно реализовать идеальную амплитудно-частотную характеристику фильтра, поскольку требуется сформировать очень узкую переходную область. Следовательно, основная проблема при конструировании фильтра заключается в приближении реализованной реальной характеристики с заданной степенью точности к идеальной.

1. Анализ технического задания

Фильтры — это частотно-избирательные устройства, которые пропускают или задерживают сигналы, лежащие в определенных полосах частот. До 60-х годов для реализации фильтров применялись, в основном, пассивные элементы, т.е. индуктивности, конденсаторы и резисторы. Основной проблемой при реализации таких фильтров оказывается размер катушек индуктивности (на низких частотах они становятся слишком громоздкими). С разработкой в 60-х годах интегральных операционных усилителей появилось новое направление проектирования активных фильтров на базе ОУ. В активных фильтрах применяются резисторы, конденсаторы и усилители (активные компоненты), но в них нет катушек индуктивности. В дальнейшем активные фильтры почти полностью заменили пассивные. Сейчас пассивные фильтры применяются только на высоких частотах (выше 1 МГц), за пределами частотного диапазона большинства ОУ широкого применения. Но даже во многих высокочастотных устройствах, например в радиопередатчиках и приемниках, традиционные пассивные RLC-фильтры заменяются кварцевыми фильтрами и фильтрами на поверхностных акустических волнах.

Сейчас во многих случаях аналоговые фильтры заменяются цифровыми. Работа цифровых фильтров обеспечивается, в основном, программными средствами, поэтому они оказываются значительно более гибкими в применении по сравнению с аналоговыми. С помощью цифровых фильтров можно реализовать такие передаточные функции, которые очень трудно получить обычными методами. Тем не менее, цифровые фильтры пока не могут заменить аналоговые во всех ситуациях, поэтому сохраняется потребность в наиболее популярных аналоговых фильтрах — активных RС-фильтрах.

Фильтры можно классифицировать по их частотным характеристикам, что в условном виде показано на рис. 1.1. На этом рисунке изображены характеристики фильтра нижних частот (ФНЧ), фильтра верхних частот (ФВЧ), полосового фильтра (ПФ), полосно-подавляющего фильтра (ППФ) и фильтра — «пробки» (режекторного фильтра — РФ). Характеристика фазового фильтра (ФФ) на рисунке не показана, т.к. его коэффициент передачи не изменяется с частотой. Основная функция любого фильтра заключается в том, чтобы ослабить сигналы, лежащие в определенных полосах частот, внести в них различные фазовые сдвиги или ввести временную задержку между входным и выходным сигналами.

С помощью активных RС-фильтров нельзя получить идеальные формы частотных характеристик в виде показанных на рис. 1.1 прямоугольников со строго постоянным коэффициентом передачи в полосе пропускания, бесконечным ослаблением в полосе подавления и бесконечной крутизной спада при переходе от полосы пропускания к полосе подавления. Проектирование активного фильтра всегда представляет собой поиск компромисса между идеальной формой характеристики и сложностью ее реализации. Это называется «проблемой аппроксимации». Во многих случаях требования к качеству фильтрации позволяют обойтись простейшимифильтрами первого или второго порядков. Проектирование фильтра в этом случае сводится к выбору схемы с наиболее подходящей конфигурацией и последующему расчету значений номиналов элементов для конкретных частот.

Однако бывают ситуации, когда требования к фильтрации сигнала могут оказаться гораздо более жесткими, и могут потребоваться схемы фильтров с характеристиками более высоких порядков, чем первый или второй.

Рисунок 1.1- Основные типы фильтров.

Реальные характеристики фильтров, а именно нижних частот, верхних частот и полосового фильтра, — показаны на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – АЧХ фильтров.

На этих рисунках сплошными линиями изображены идеальные характеристики фильтров. Пунктирные линии показывают отклонение реальных характеристик от идеальных.Основными параметрами фильтров нижних и верхних частот являются частота среза f0 , коэффициент передачи в полосе пропускания Ко , наклон АЧХ в полосе ограничения п и неравномерность АЧХ в полосе пропускания. Дляполосовых фильтров по аналогии с избирательными усилителями вводят понятие добротности Q и усиления Ко на частоте f0 .

2. Синтез схемы и расчет элементов фильтра

2.1 Исходные данные и требования для проектирования фильтра

Типфильтра – ПФ
Частота среза, f05000Гц
Коэффициент передачи в полосе пропускания, К06
Наклон АЧХ в полосе ограничения, n40 дБ/дек
Неравномерность АЧХ в полосе пропускания, ΔК20 дБ
Полоса пропускания, Δf250Гц

2.2 Разработка функциональной схемы

На рис. 2.1 приведена структурная схема фильтра с многопетлевой обратной связью. Каждый пассивный двухполюсный элемент в этой схеме может быть либо резистором, либо конденсатором.

Рисунок 2.1 – структурная схема фильтра

Передаточная функция для данной схемы имеет вид

(2.1)

Для того чтобы схема на рис. 2.1 выделяла полосу частот, передаточную функцию (2.1) необходимо привести к передаточной функции, соответствующей полосовому звену второго порядка:

(2.2)

где ωо = 2лf0 , H =α·К0 .

Сравнивая выражения (2.1) и (2.2), нетрудно заметить, что, для того чтобы числитель не был функцией р, в качестве У1 и У4 должны использоваться резистивные проводимости; для того чтобы получить член с р2 в знаменателе, в качестве У3 и У5 должны использоваться емкостные проводимости; для того чтобы получить в знаменателе член, независимый от р, в качестве У2 должна использоваться резистивная проводимость.

Итак, однозначно определяются пассивные элементы схемы на рис. 2.1:

Y1 =1/R1 , Y2 = pC1 , Y3 =1/R2 , Y4 = pC2 , Y5 =1/R3 .

Схема полученного полосового фильтра приведена на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема полосового фильтра

Передаточная функция имеет вид

(2.3)

Сравнивая последнее выражение с (2.2), получаем соотношения, необходимые для расчета фильтра:

(2.4)

В том случае, если и , имеем:

(2.5)

Отсюда ясно, что для получения больших значений добротности значения R1 , R2 , R3 должны быть по возможности разнесены. Порядок расчета фильтра с заданной добротностью таков. Выбираем величину С1 =С2 =С, определяем коэффициент К=2πf0 C и находим остальные элементы схемы по формулам:

(2.6)

2.3 Расчет элементов схемы

Выбираем схему фильтра на основе ОУ с многопетлевой обратной связью (см. рис. 2.2).

Выбираем ОУ по частоте единичного усиления fТ ОУ ≥ f0 К0 = 15 кГц.

Для ОУ типа К140УД6 fТ =1МГц, т.е. последнее неравенство выполняется с запасом. Схема электрическая принципиальная данного ОУ представлена на рисунке 2.3. Паспортные данные выбранного ОУ представлены в таблице [1, приложение А].

По справочнику, RВХ ОУ = 1000 кОм, RВЫХ ОУ = 150 Ом, т.е. номиналы резисторов в схеме фильтра должны находится в пределах от 1,5 к Ом до 100 к Ом.

Рисунок 2.3 – Схема операционного усилителя К140УД6.

Зададимся значением емкости С2 = 500 пФ, при этом отметим, что выбранная величина существенно больше возможных паразитных емкостей в схеме.

Найдем значение вспомогательного коэффициента

Отсюда величина емкости С1 при

пФ.

Определим значения резисторов схемы фильтра:

кОм;

кОм;

кОм.

Проверяем полученное значение частоты:

Гц

и коэффициента усиления в полосе пропускания:

3. Расчет АЧХ фильтра на ЭВМ

Рисунок 3.1 – Полосовой фильтр. Схема электрическая принципиальная.

Рисунок 3.2 – Полученная осциллограмма полосового фильтра

Рисунок 3.3 – АЧХ полосового фильтра на частоте 5кГц.

4. Подбор элементов для схемы

Для проектируемого фильтра выбираем два керамических конденсатора типа КМ-6. Данный тип конденсаторов может обеспечить необходимую емкость в 500 и 9500 пФ, а также имеет номинальное напряжение при температуре 85 °С 50 В, допустимое отклонение емкости от номинальной составляет 5 и 10 % соответственно.

Для подбора резисторов воспользуемся таблицей [1, приложение Б], где указаны ряды промежуточных значений сопротивлений.

Сопротивление резистора R1 можно обеспечить следующим резистором металлопленочный резистор МЛТ R=7,5 кОм ряд Е24, у которого допустимое отклонение сопротивления от номинального 5%, а предельное рабочее напряжение 350 В.

Резистор R2 состоит из: металлопленочный резистор МЛТ R=8,5 кОм ряд Е24 отклонение сопротивления от номинального 20%, предельное рабочее напряжение 30В.

В качестве резистора R3 берем металлопленочный резистор МЛТ

R=88,2 кОм ряд Е24.

Выводы

В данном курсовом проекте был произведен расчет полосового фильтра, а именно: подобран ОУ типа К140УД6, рассчитаны и подобраны элементы схемы.

Проверка показала, что данный фильтр обеспечивает коэффициент передачи в полосе пропускания К0 =6 на частоте f0 =5кГц.

При помощи ЭВМ была смоделирована схема фильтра и построена его АЧХ, которая соответствует полосовому фильтру.

Список использованных источников

1. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: учеб. Пособие для вузов по спец. электрон. технике. / Г.И. Изъюров, Г.В.Королев и др.- М.: Высшая школа, 2007. – 335с.

2. Джонсон Д, Джонсон Дж. Справочник по активным фильтрам. — М.: Энергоатомиздат, 2003.-128с.

3. Терещук Р.М. и др. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справ. Радиолюбителя.- Киев: Наук. думка, 1989,.-800с.

Самодельные роботы Дейла — Калькулятор полосового фильтра

Калькулятор полосового фильтра

Это калькуляторы стоимости деталей, которые я написал для помощи в разработке аналоговых активных полосовых фильтров. Они представляют собой фильтры на основе операционных усилителей и наиболее полезны в диапазоне звуковых частот. Эти калькуляторы деталей основаны на формулах и таблицах из книги Артура Б. Уильямса «Руководство по проектированию электронных фильтров».

Полосовые фильтры пропускают непрерывный диапазон частот, ослабляя частоты выше и ниже полосы пропускания.Калькуляторы вычисляют значения частей для 2-х, 4-х и 6-ти полюсных полосовых фильтров с множественной обратной связью (MFBP). Щелкните здесь, чтобы просмотреть руководство по полосовым фильтрам.

У Пола Фальстеда есть отличная интерактивная онлайн-программа на Java, которая помогает визуализировать ответы фильтра с различными полюсами и типами ответов. Используйте его, чтобы увидеть, как будет работать конкретный фильтр.

Использование

Выберите нужный тип фильтра из раскрывающегося меню. Баттерворт оптимизирован для плоской частотной характеристики в полосе пропускания.Чебышев жертвует плоскостностью ради более крутого отката в полосе задержек. Эта версия имеет пульсацию полосы пропускания 0,1 дБ. Фильтры Бесселя жертвуют как плоскостностью, так и спадом ради линейной фазы в полосе пропускания.

Выберите желаемое значение для конденсаторов. Все конденсаторы в цепи идентичны, и для достижения наилучших результатов допуск должен составлять 1%. Для средних звуковых частот 0,01 мкФ — хорошая отправная точка. Примечание: узкополосные фильтры требуют более жестких допусков на компоненты, чем широкополосные фильтры.2.

Щелкните ВЫЧИСЛИТЬ и прочтите значения резисторов. Если значения не оптимальны, попробуйте другое значение конденсатора и повторите попытку. Для достижения наилучших результатов используйте резисторы с допуском 1%.

Также вычисляются Q и центральная частота каждой секции фильтра. Если добротность слишком высока, значения компонентов будут очень критичными, и операционный усилитель потребует более высокой производительности. Допустимые значения Q примерно до 20. Выше этого может произойти нестабильная цепь. Примечание: центральную частоту каждой секции можно регулировать, изменяя R2 (R5 или R8).Частота увеличивается с уменьшением сопротивления.

Более подробную информацию о схемах MFBP можно найти с помощью Google. Исходный код здесь. Сообщайте об ошибках через мою контактную страницу.

Операционные усилители

В схемах ниже используются классические операционные усилители с двойным питанием, использующие плюсовую и минусовую мощность, такие как LM348. Если вы используете операционный усилитель с одним источником питания (например, LM324), вам необходимо подключить заземление (R2, R5, + входы операционного усилителя) к виртуальной земле, обычно на полпути между реальной землей и Vcc.Один из способов сделать это — подключить последовательно два резистора 1K между Vcc и землей. Подключите конденсатор 10 мкФ от соединения двух резисторов к земле. Соединение двух резисторов представляет собой виртуальную землю на Vcc / 2. Щелкните здесь, чтобы увидеть пример. Это для фильтра высоких частот, но принцип тот же.

Мне нравится использовать четырехкомпонентные операционные усилители CMOS с однополярным питанием, такие как LMC660 или LMC6484, из-за их размаха выходного сигнала rail-to-rail и широкой полосы пропускания. Двойная версия — LMC6032.

Счетчик посещений = 122335


Design LC Filters (V 4.0 15 июня 2018 г.)


Это веб-приложение позволяет пользователю создавать простые радиочастотные фильтры. с индукторами и конденсаторами. Эти фильтры наиболее эффективны в диапазоне от 50 кГц до 50 кГц. 500 мГц. Активные фильтры ниже 50 кГц обычно более рентабельны и выше Обычно используются полосковые линии 500 МГц.

Источники индуктивности:
CoilCraft
DigiKey

Создайте свой собственный:
Калькулятор индуктивности для радиолюбителей
DIY Аудио калькулятор индуктивности
Калькулятор индуктивности многослойного воздушного сердечника
Калькулятор индуктивности для Windows
Используйте Google, чтобы найти больше.

Формулы и таблицы, используемые в этой программе, взяты из Руководства по проектированию электронных фильтров Артура Б. Уильямса. Открытый исходный код здесь.

Пользователь выбирает основной тип (Lowpass или Highpass), количество полюсов, 3 дБ отсечки частота и импеданс ввода / вывода. Приложение генерирует значения частей для трех форм отклика: Баттерворта, Бесселя и 0,1 дБ пульсации Чебышева. Две разные конфигурации со схемами генерируются. Графики частотной характеристики являются приблизительными и предполагают идеальные компоненты и конструкцию.Результаты в реальном мире не будут такими хорошими. Точность графиков Бесселя составляет только 2-кратную частоту среза (1/2 для фильтра верхних частот).

Пользователь выбирает базовый тип, Bandpass или Bandstop, количество полюсов, полосу пропускания 3 дБ и импеданс ввода / вывода. Приложение генерирует значения деталей для трех форм отклика: Баттерворта, Бесселя. и 0,1 дБ пульсации Чебышева. Две разные конфигурации со схемами также генерируются.

Примечание. Эти фильтры чувствительны к паразитной емкости и индуктивности, а также к добротности компонентов.Имейте в виду, что конденсаторы имеют последовательную индуктивность, а индукторы имеют параллельную емкость и последовательное сопротивление, которое в некоторых случаях может быть очень значительным.

Я получил электронные письма от людей, у которых возникли проблемы с программой, вычисляющей нулевые или очень низкие значения индуктивности или конденсатора. Это вызвано тем, что пользователь задает параметры, которые трудно или невозможно достичь с помощью LC-фильтров. У вас могут возникнуть проблемы с центральными частотами выше 250 МГц или полосой пропускания менее 10% от центральной частоты.Высокие частоты требуют небольших конденсаторов и катушек индуктивности. Паразитная индуктивность и емкость в цепи добавляют к значениям компонентов, а в крайних случаях могут даже превышать их. Полосовые фильтры с узкой полосой пропускания требуют компонентов с высокой точностью и добротностью. Полосы пропускания менее 10% от центральной частоты могут быть трудными или даже невозможными для реализации с дискретными ЖК-компонентами. Ваш пробег может отличаться.

Полосовые фильтры с полосой пропускания более одной октавы могут не работать должным образом.Если вам требуется полоса пропускания более одной октавы, вам необходимо каскадировать фильтр нижних частот и фильтр верхних частот.

Если LC-фильтр не может сделать то, что вам нужно, потому что частота слишком высока, я предлагаю взглянуть на встречно-штыревой полосовой фильтр.

В этой программе 15 июня 2018 года были исправлены некоторые ошибки, чтобы исправить плохие графики для широкополосных фильтров. Пожалуйста, сообщайте об оставшихся ошибках на моей странице контактов.

конденсатор — путаница в онлайн-калькуляторе полосового фильтра? Конденсатор

— путаница в онлайн-калькуляторе полосового фильтра? — Обмен электротехнического стека
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 177 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  2. 0
  3. +0
  6. Авторизоваться Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 187 раз

\ $ \ begingroup \ $

Я использую онлайн-калькулятор полосового фильтра https: // rf-tools.com / lc-filter /, и по какой-то причине он вычисляет значения некоторых конденсаторов, которые обычно представляют собой поляризованный электролитический конденсатор, например, 330 мкФ.

Могу ли я использовать электролитический конденсатор или я могу поставить несколько неполяризованных конденсаторов параллельно друг другу, чтобы получить необходимое значение?

Создан 19 сен.

\ $ \ endgroup \ $ 19 \ $ \ begingroup \ $

Можно использовать электролитический конденсатор, но есть подводные камни.

  1. Электролитики должны быть смещены для правильной работы. Если используется только положительное напряжение, вы можете поместить положительный вывод в этом направлении, и крышка будет смещена. В противном случае вы подключаете два электролитических конденсатора последовательно.

  2. Электролитики имеют не очень большие допуски и паразиты. Это означает, что спроектированный фильтр будет отличаться на 5-20%, что, вероятно, нежелательно. Они также имеют более высокий импеданс на высоких частотах, во много раз превышающий керамические или другие конденсаторы, которые вы можете рассматривать как последовательный резистор.Это вредит их способности фильтровать высокие частоты.

Они больше по размеру и хороши для фильтрации мощных устройств, керамические и электролитические параллельно, чтобы получить лучшее из обоих миров.

Для применения в фильтрах малой мощности, поскольку конденсатор используется в сочетании с резистором или катушкой индуктивности (подумайте о RC для полюса фильтра), используйте резистор большего номинала и конденсатор с меньшим значением (или катушку индуктивности). Пример: та же постоянная времени может быть достигнута с 10 кОм и 100 мкФ, что и для 100 кОм и 10 мкФ

.

2019 © Все права защищены.

Карта сайта