Szybkie metody projektowania filtrów aktywnych

Transkrypt

1 Szybkie metody projektowania filtrów aktywnych Aby szybko rozpocząć projektowanie układów filtrów aktywnych należy znać: Wartości dostępnych źródeł zasilania: zasilanie plus/minus (symetryczne) czy tylko dodatnie (zasilanie pojedyncze) Wartości częstotliwości dla których filtr ma mieć charakterystykę przenoszenia i zaporową. Częstotliwość przejścia, punkt od którego filtr zaczyna pracować lub częstotliwość środkową względem której filtr jest symetryczny. Początkową wartość pojemności począwszy od 100pF dla wysokich częstotliwości a skończywszy na 0.1uF dla częstotliwości niskich. Jeżeli z obliczeń wynika za duża bądź za mała wartość rezystancji należy wybrać nową wartość pojemności. Typy filtrów Rys.1. Filtr dolnoprzepustowy przypadek 1 Rys.2.Filtr górnoprzepustowy przypadek 2

2 Rys.3. Wąski filtr pasmowoprzepustowy przypadek 3 Rys.4. Szeroki filtr pasmowoprzepustowy przypadek 4 Rys.5. Wąski filtr pasmowozaporowy przypadek 5 Rys.6. Szeroki filtr pasmowozaporowy przypadek 6

3 Przypadek 1 Filtry dolnoprzepustowe Rys.7. Filtr dolnoprzepustowy zasilanie symetryczne Rys. 8. Filtr dolnoprzepustowy zasilanie pojedyńcze Procedura projektowania: 1. Wybrać wartość C1 2. Obliczyć C 2 = 2 C1 3. Obliczyć wartość rezystancji R1 = R2 = π C1 f [ Hz], przyjąć najbliższą wartość z szeregu. Dla przypadku zasilania pojedynczego

4 Przypadek 2 Filtry górnoprzepustowe Rys. 9. Filtr górnoprzepustowy zasilanie symetryczne Procedura projektowania: Rys. 10. Filtr górnoprzepustowy zasilanie pojedyncze 1. Wybrać wartość pojemności C1 i C2, przyjmując, że C1=C2 2. Obliczyć wartość rezystancji R1 = 1 2 π C1 f [ Hz], przyjąć najbliższą wartość z szeregu. 3. Obliczyć wartość rezystancji R2 = π C1 f [ Hz], przyjąć najbliższą wartość z szeregu. Dla przypadku zasilania pojedynczego

5 Przypadek 3 Wąskie filtry pasmowoprzepustowe Poniższe układy wnoszą 10 krotne wzmocnienie (20dB) dla częstotliwości środkowej Rys.11. Wąski filtr pasmowoprzepustowy zasilanie symetryczne Rys.12. Wąski filtr pasmowoprzepustowy zasilanie pojedyńcze Procedura projektowania: 1. Wybrać wartość pojemności C1 i C2, przyjmując, że C1=C2 2. Obliczyć wartość rezystancji szeregu. 1 R1 = R4 2 π C1 f [ Hz], przyjąć najbliższą wartość z 3. Obliczyć R3 = 19 R1

6 R1 4. Obliczyć R 2 = 19 Dla przypadku zasilania pojedynczego Przypadek 4 Szerokie filtry pasmowoprzepustowe Początkowa i końcowa częstotliwość filtru tego typu powinny się różnić o co najmniej 5 razy. Rys. 13 Szeroki filtr pasmowoprzepustowy zasilanie symetryczne Rys. 14. Szeroki filtr pasmowoprzepustowy zasilanie pojedyncze Procedura projektowania: 1. W celu zaprojektowania filtru górnoprzepustowego dla dolnej częstotliwości przepuszczanego pasma skorzystać z procedury dla przypadku 2 2. W celu zaprojektowania filtru dolnoprzepustowego dla górnej częstotliwości przepuszczanego pasma skorzystać z procedury dla przypadku 1

7 Dla przypadku zasilania pojedynczego Przypadek 5 Wąskie filtry pasmowozaporowe Rys.15. Wąski filtr pasmowozaporowy zasilanie symetryczne Rys.16 Wąski filtr pasmowozaporowy zasilanie pojedyncze

8 Procedura projektowania: 1. Wybrać wartość pojemności C1 i C2, przyjmując, że C1=C2 2. Obliczyć wartość rezystancji 1 R3 = R4 2 π C1 f [ Hz], przyjąć najbliższą wartość z szeregu. 3. Obliczyć R1 = R2 = 20 R3 Dla przypadku zasilania pojedynczego Przypadek 6 Szerokie filtry pasmowozaporowe Początkowa i końcowa częstotliwość pasma zaporowego filtru tego typu powinny się różnić o co najmniej 50 razy. Rys.16 Szeroki filtr pasmowozaporowy zasilanie symetryczne

9 Rys.17 Szeroki filtr pasmowozaporowy pojedyncze Procedura projektowania: 1. W celu zaprojektowania filtru górnoprzepustowego dla górnej częstotliwości pasma zaporowego skorzystać z procedury dla przypadku 2 2. W celu zaprojektowania filtru dolnoprzepustowego dla dolnej częstotliwości pasma zaporowego skorzystać z procedury dla przypadku 1 Dla przypadku zasilania pojedynczego Dodatek Szereg E-12 wartości rezystancji i pojemności Szereg E-24 wartości rezystancji i pojemności Szereg E-96 wartości rezystancji i pojemności

10 Polecenia: 1. Dokonać syntezy wszystkich układów filtrów aktywnych w środowisku symulacyjnym OrCAD/PSPICE. 2. Wartości elementów biernych projektowanych układów wyznaczyć z podanych zależności teoretycznych na podstawie wymagań podanych przez prowadzącego zajęcia (częstotliwość lub pasmo filtru, oraz napięcia zasilania i typ wzmacniaczy operacyjnych). 3. Przeprowadzić badania symulacyjne przedstawionych układów i w miarę potrzeb dokonać korekty elementów biernych aby spełnić warunki wynikające z założeń projektowych. 4. Przeprowadzić analizę wrażliwości pasma filtru na nieidentyczność elementów biernych użytych do projektu (zmiana rezystancji ± 5%, zmiana pojemności ± 20% ), szczególnie w tych układach gdzie przyjęto założenie o identyczności elementów biernych w celu wyprowadzenia prostych zależności analitycznych opisujących działanie układu. 5. Wyniki badań zamieścić w sprawozdaniu zawierającym schemat badanego układu, założenia projektowe i przebiegi czasowe oraz częstotliwościowe. Literatura. 1. Carter B., Filter Design in Thirty Seconds, TI Application Report, December 2001