Разработка схемы и технологии настройки фильтра верхних частот второго порядка

Разработка схемы и технологии настройки фильтра верхних частот второго порядка

1. Выбор схемы, расчет ее элементов, подбор стандартных номиналов

В качестве схемы второго порядка выберем следующую схему на операционном усилителе:

Рис. 1. Схема фильтра высоких частот второго порядка

Выберем малошумящий операционный усилитель OPA-27, а класс точности конденсаторов возьмем равным 5%. Класс точности резисторов определим по результатам статистического моделирования.

Зададим значения конденсаторов C1, C2, C3 равными соответственно 0.01 мкФ, 0.015 мкФ и 0.1 мкФ. R3 возьмем равным 1 кОм. Номиналы остальных резисторов получим по результатам расчета фильтра.

Расчет элементов схемы, построение идеальной и реальной частотных характеристик.

Полный расчет схемы произведен в математическом пакете MathCAD, расчеты приведены в приложении.

Величины элементов рассчитываются по формулам:

где

При расчете получим значения: R1=555 Ом, R2=2028 Ом, R4=316 Ом.

Статистическое моделирование показывает, что необходимо выбрать значения из ряда E96, т. к. уже при значениях из ряда E48 количество изделий, требующих настройки превышает 10%.

2. Расчет и построение графиков идеальной и реальной ЧХ

Для идеальной: R1=555 Ом, R2=2028 Ом, R3=1000 Ом, R4=316 Ом

Для реальной: R11=555 Ом (5%), R22=2028 Ом (1%), R33=1000 Ом (1%), R44=316 Ом (1%)

Вычисление практических значений:

Идеальная ЧХ Реальная ЧХ

Линейные характеристики:

Логарифмические характеристики:

Рис. 1.1. Идеальная и реальная частотные характеристики

На Рис. 1.1. видно несоответствие полученной и заданной характеристик. Наша задача заключается в том, чтобы разработать методику настройки для получения заданной характеристики, а также собрать и настроить схему с помощью программы Electronic Workbench, Multisim.

3. Расчет и анализ матрицы чувствительности, выбор настроечных элементов определение методики настройки

Для точной настройки схемы необходимо выбрать настроечные элементы. Их правильный выбор осуществляется при помощи построения матрицы чувствительности.

Настроечные элементы выбираются для каждого параметра схемы (f_p, q_p, k) в отдельности по максимальному значению соответствующей строки матрицы.

Настройка qp с помощью R2, k с помощьюR3.

Настройка qp с помощью R3, k с помощьюС.

4. Статическое моделирование влияния разброса величин элементов схемы на параметры ее частотной характеристики

Количество рассчитываемых ситуаций:

Переменная принимает значения от 0 до N-1 для расчета N ситуации

Построение гистограмм.

Минимальное значение

Максималное значение

Среднее значение

Количество столбцов гистограммы

Вспомогательные переменные

Среднее квадратичное отклонение

Сравним с нормальным законом распределения

Минимальное значение

Максималное значение

Среднее значение

Шаг гистограммы

Вспомогательные переменные

Среднее квадратичное отклонение

Определение доверительной вероятности для

чувствительность фильтр частота схема

Определение доверительной вероятности для

Процент выхода годных

5. Проверка результатов путем моделирования работы схемы в Multisim

Список литературы

1. Кавокин, В.П. Конспект лекций.

. Кавокин, В.П. Применение интегральных микросхем операционных усилителей в схемах активных RC-фильтров и стабилизированных RC-генераторов. СПбГМТУ 1997.

. Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. Москва: «СОЛОН-Р», 1999.