МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»
в г. Смоленске
Кафедра: Электроника и микропроцессорная техника
Направление подготовки: 11.03.04 Электроника и наноэлектроника
Студент группы ПЭ1–18: Коршунов Ростислав Михайлович
2023 г.
РАЗРАБОТКА ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ
Курсовая работа по дисциплине
«Математическое моделирование электронных цепей»
2
Задание на КР
Цель курсовой работы: разработать пассивный электрический фильтр с заданными параметрами, провести исследование его характеристик и осуществить выбор компонентов для изготовления этого фильтра
Техническое задание:
Разработать пассивный фильтр нижних частот с характеристикой Баттерворта, обладающий следующими параметрами:
Общие сведения о фильтре нижних частот
3
Фильтр нижних частот (ФНЧ) — электрический фильтр, пропускающий сигналы с частотами ниже некоторой частоты (частоты среза fСР), и задерживающий (подавляющий) сигналы с частотами выше этой частоты среза. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.
Схема фильтра, синтезированная
Micro-Cap
4
Компоненты схемы имеют очень высокую точность номинальных значений компонентов. Такие компоненты серийно не выпускаются и получение такой точности практически недостижимо
АЧХ фильтра на идеализированных компонентах
5
На границе полосы пропускания (500 кГц) коэффициент передачи фильтра -3дБ, на границе полосы задержания (900 кГц) коэффициент передачи фильтра -40 дБ.
Параметры фильтра точно соответствуют требованиям ТЗ
Зависимость входного сопротивления фильтра от частоты
6
В полосе пропускания входное сопротивление фильтра стремится к 100 Ом, что соответствует требованиям ТЗ
Переходная характеристика фильтра
7
Реакция фильтра на прямоугольный импульс
8
Реакция фильтра на сложный сигнал
9
Спектральные диаграммы входного и выходного сигналов сложной формы
10
Схема фильтра, синтезированная из компонентов ряда Е24
11
АЧХ фильтра на компонентах из ряда Е24
12
АЧХ фильтра отклонилась от идеальной, но не вышла за пределы требований ТЗ:
Границы возможного изменения полосы пропускания фильтра
13
При разбросе номинальных значений компонентов ± 5% (что соответствует ряду Е24) возможно заметное (до 10%) смещение границ полосы пропускания. При заданном значении 500кГц граница полосы пропускания может меняться от 473 кГц до 550 кГц
Границы возможного изменения полосы задержания фильтра
14
При разбросе номинальных значений компонентов ± 5% (что соответствует ряду Е24) возможно заметное смещение границ полосы задержания (свыше 5%). При заданном значении 900кГц граница полосы задержания может меняться от 855 кГц до 945 кГц
Схема фильтра с параллельно-последовательным соединением компонентов
15
Использование параллельно-последовательного соединения компонентов позволяет получить номинальные значения, более близкие к расчетным, даже при использования компонентов их ряда Е24
АЧХ фильтра с параллельно-последовательным соединением компонентов
16
При использование параллельно-последовательного соединения АЧХ идеализированной схемы и реальной схемы полностью совпали. Но в данном конкретном случае такое соединение не дало преимуществ, поскольку уже в исходном варианте фильтр соответствовал требованиям ТЗ.
Возможные изменения АЧХ фильтра при разбросе параметров компонентов
17
Отклонения границ полосы пропускания и задержания практически симметрично в обе стороны от АЧХ идеального фильтра, а их величина отклонения примерно такая же, как и без параллельно-последовательного соединения.
Схема фильтра из компонентов ряда E6
18
АЧХ фильтра из компонентов ряда E6
19
АЧХ фильтра, выполненного из компонентов ряда Е6 полностью совпадет с АЧХ идеализированного фильтра.
Окончательная схема фильтра
20
21
Выбор компонентов
Согласно ТЗ фильтр должен быть реализован на компонентах поверхностного монтажа, предпочтительно в корпусах С2012 (0805) и С3216 (1206), с отклонением от номинальных значений ±5% или ±10%. Компоненты выбирались из каталога TDK из ряда Е6
Для большинства компонентов схемы такие компоненты удалось подобрать. Исключения конденсаторы емкостью менее 100 пФ. Такие конденсаторы выбраны в корпусах С1608 (0603):
C3 22 пФ ±10%
С9 47пФ ±10%
С12 15пФ ±10%
Перечень элементов (фрагмент)
22
АЧХ фильтра с учетом паразитных параметров
23
На заданной границе полосы пропускания коэффициент передачи стал -4.2 дБ., т.е. граница сместилась в область нижних частот и стала 479 кГц вместо 500 кГц (отклонение 4,2 %)
На границе полосы задержания коэффициент передачи -42 дБ, что соответствует требованиям ТЗ.
Заключение
24
Разработана принципиальная схема фильтра с параметрами, соответствующими требованиям технического задания с допустимым отклонением (менее 5%).
Подготовлена принципиальная схема в соответствии с требованиями ЕСКД. Осуществлен выбор компонентов принципиальной схемы и составлен перечень элементов.
Задание на курсовую работу выполнено в полном объеме.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»
в г. Смоленске
Кафедра: Электроника и микропроцессорная техника
Направление подготовки: 11.03.04 Электроника и наноэлектроника
Студент группы ПЭ1–18: Коршунов Ростислав Михайлович
2023 г.
РАЗРАБОТКА ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ
Курсовая работа по дисциплине
«Математическое моделирование электронных цепей»