Filtry elektroniczne sygnałów ciągłych - cz.1

Podobne dokumenty
Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

A-4. Filtry aktywne RC

Liniowe układy scalone. Filtry aktywne w oparciu o wzmacniacze operacyjne

Analiza właściwości filtrów dolnoprzepustowych

Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

Ćwiczenie nr 11. Projektowanie sekcji bikwadratowej filtrów aktywnych

Przetwarzanie sygnałów

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

b n y k n T s Filtr cyfrowy opisuje się również za pomocą splotu dyskretnego przedstawionego poniżej:

Ćwiczenie - 7. Filtry

Filtracja. Krzysztof Patan

PROTOKÓŁ POMIAROWY - SPRAWOZDANIE

Wykonawcy: Data Wydział Elektryczny Studia dzienne Nr grupy:

ĆWICZENIE 6 Transmitancje operatorowe, charakterystyki częstotliwościowe układów aktywnych pierwszego, drugiego i wyższych rzędów

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Jacek Rezmer -1-

Wprowadzenie. Spis treści. Analiza_sygnałów_-_ćwiczenia/Filtry

A-2. Filtry bierne. wersja

Temat: Wzmacniacze selektywne

Ćwiczenie 6 Projektowanie filtrów cyfrowych o skończonej i nieskończonej odpowiedzi impulsowej

Laboratorium nr 4: Porównanie filtrów FIR i IIR. skończonej odpowiedzi impulsowej (FIR) zawsze stabilne, mogą mieć liniową charakterystykę fazową

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

Analiza właściwości filtra selektywnego

8. Realizacja projektowanie i pomiary filtrów IIR

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

FILTRY AKTYWNE. Politechnika Wrocławska. Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki. Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

BADANIE FILTRÓW. Instytut Fizyki Akademia Pomorska w Słupsku

ĆWICZENIE 5 EMC FILTRY AKTYWNE RC. 1. Wprowadzenie. f bez zakłóceń. Zasilanie FILTR Odbiornik. f zakłóceń

x(n) x(n-1) x(n-2) D x(n-n+1) h N-1

5 Filtry drugiego rzędu

Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem:

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

FILTR RC SYGNAŁÓW PRĄDOWYCH W UKŁADACH KONDYCJONOWANIA SYSTEMÓW POMIAROWYCH

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

Filtry Elektryczne. opracował: Marcin Bieda

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Imię.. Nazwisko Nr Indeksu...

LABORATORIUM ELEKTRONIKI FILTRY AKTYWNE

KOMPUTEROWE STANOWISKO DO POMIARU CHARAKTERYSTYK FILTRÓW ANALOGOWYCH

Szybkie metody projektowania filtrów aktywnych

Przetwarzanie sygnałów z czasem ciągłym

Technika analogowa. Problematyka ćwiczenia: Temat ćwiczenia:

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK FILTRÓW BIERNYCH. (komputerowe metody symulacji)

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Wzmacniacze selektywne Filtry aktywne cz.1

Imię.. Nazwisko Nr Indeksu...

Laboratorium: Projektowanie pasywnych i aktywnych filtrów analogowych

Opis matematyczny. Równanie modulatora. Charakterystyka statyczna. Po wprowadzeniu niewielkich odchyłek od ustalonego punktu pracy. dla 0 v c.

Filtry. Przemysław Barański. 7 października 2012

Przetwarzanie sygnałów

Charakterystyka amplitudowa i fazowa filtru aktywnego

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Temat: Wzmacniacze operacyjne wprowadzenie

EiT_S_I_TF_AEwT Teoria filtrów Theory of Filters

Autorzy: Jan Szajdziński Michał Bujacz Karol Kropidłowski. Laboratorium: Projektowanie pasywnych i aktywnych filtrów analogowych

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

A-4. Filtry aktywne rzędu II i IV

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Projektowanie układów regulacji w dziedzinie częstotliwości. dr hab. inż. Krzysztof Patan, prof. PWSZ

Wzmacniacz jako generator. Warunki generacji

ANALIZA SYGNAŁÓ W JEDNÓWYMIARÓWYCH

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

SYNTEZA obwodów. Zbigniew Leonowicz

PORÓWNANIE METOD PROJEKTOWANIA FILTRÓW CYFROWYCH

Projektowanie układów metodą sprzężenia od stanu - metoda przemieszczania biegunów

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

Ćwiczenie 4. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (SOI)

Realizacja regulatorów analogowych za pomocą wzmacniaczy operacyjnych. Instytut Automatyki PŁ

Ćwiczenie 6 Projektowanie filtrów cyfrowych o skończonej i nieskończonej odpowiedzi impulsowej

A3 : Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych realizowanych za pomocą wzmacniacza operacyjnego

CZWÓRNIKI KLASYFIKACJA CZWÓRNIKÓW.

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

H f = U WY f U WE f =A f e j f. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie. H f

GENERATORY SINUSOIDALNE RC, LC i KWARCOWE

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

WZMACNIACZ OPERACYJNY

POŁÓWKOWO-PASMOWE FILTRY CYFROWE

1 Dana jest funkcja logiczna f(x 3, x 2, x 1, x 0 )= (1, 3, 5, 7, 12, 13, 15 (4, 6, 9))*.

Technika regulacji automatycznej

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Automatyka i Regulacja Automatyczna Laboratorium Zagadnienia Seria II

Analiza ustalonego punktu pracy dla układu zamkniętego

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

Filtry aktywne czasu ciągłego i dyskretnego

Ćwiczenie A2 : Filtry bierne

Kompensator PID. 1 sω z 1 ω. G cm. aby nie zmienić częstotliwości odcięcia f L. =G c0. s =G cm. G c. f c. /10=500 Hz aby nie zmniejszyć zapasu fazy

ćw. Analiza zmiennoprądowa i parametryczna Data wykonania: Data oddania:

Wydział Elektryczny. Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej. Konstrukcje i Technologie w Aparaturze Elektronicznej.

GENERATORY SINUSOIDALNE RC, LC i KWARCOWE

Ćw. 8: POMIARY Z WYKORZYSTANIE OSCYLOSKOPU Ocena: Podpis prowadzącego: Uwagi:

Filtrowanie a sploty. W powyższym przykładzie proszę zwrócić uwagę na efekty brzegowe. Wprowadzenie Projektowanie filtru Zadania

Transkrypt:

Filtry elektroniczne sygnałów ciągłych - cz.1 Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Klasyfikacje, charakterystyki częstotliwościowe filtrów Właściwości filtrów w dziedzinie czasu Realizacje elektroniczne filtrów (aktywne RC, SC) Metody i narzędzia do projektowania filtrów Przegląd filtrów komercyjnych 1

Filtry cel ich stosowania, transmitancje, char. częstotliwościowe 2

Filtry - podstawowe pojęcia Charakterystyki częstotliwościowe: Amplitudowa, fazowa, opóźnienia (czasowego, grupowego) Pasmo przepustowe, zaporowe, strefa przejściowa Częstotliwości graniczne pasm Tłumienie (wzmocnienie) w paśmie zaporowym Falowanie charakterystyki w pasmach: przepustowym, zaporowym Odpowiedzi: skokowa, impulsowa, : Czasy: narastania, odpowiedzi, ustalania, okres drgań, przerzut; Maksimum odpowiedzi impulsowej Transmitancja operatorowa: Zera, bieguny, rząd, współczynnik wzmocnienia, stałe czasowe Częstotliwości własne, współczynnik tłumienia, dobroć 3

Podział filtrów analogowych A. Ze względu na rodzaj elementów: bierne (pasywne) z elementów skupionych R,C,L bierne (pasywne) z z odcinków linii długich kwarcowe, z rezonatorem piezoelektycznym aktywne, z elementów RC i wzmacniaczy operacyjnych aktywne z przełączanymi kondensatorami ( SC switched capacitor ) B. Ze wzgl. na kształt charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych: dolnoprzepustowe (DP), ( LP - low pass ) górnoprzepustowe (GP), ( HP - high pass ) środkowoprzepustowe (SP), ( BP- band pass ) środkowo-zaporowe (SZ), ( BS - band stop, N-notch ) wszechprzepustowe (przesuwniki fazowe) ( AP all pass ) C. Ze względu na sposób doboru biegunów i zer transmitancji H(s) Czebyszewa, Butterwortha, Bessela, Gaussa Czebyszewa 2 rodzaju(odwrócone), eliptyczne 4

Przykładowy filtr środkowo-przepustowy drugiego rzędu (second-order band-pass filter) 5

Charakterystyki częstotliwościowe filtrów środkowo-przepustowych (w skalach logarytmicznych) 6

Przykładowy bierny filtr środkowo-zaporowy (notch filter) 7

Prototypowy bierny filtr dolnoprzepustowy drugiego rzędu (a prototype passive second-order-low-pass filter) 8

Prototypowy bierny filtr górnoprzepustowy drugiego rzędu (a prototype passive second-order-high-pass filter) 9

Charakterystyki prototypowego filtru wszechprzepustowego drugiego rzędu (przesuwnik fazy, all-pass filter) A AP = HAP j = 1 Opóźnienie (czasowe) i opóźnienie grupowe filtru: τd (ω) = -φ(ω) / ω Group delay: τgd (ω) = -dφ(ω) / dω Time delay: 10

Wpływ Q na znormalizowane charakterystyki filtrów drugiego rzędu 11

Transmitancje filtrów wyższych rzędów 12

Czynniki uwzględniane przy projektowaniu filtrów na podstawie charakterystyk amplitudowych 13

Charakterystyka amplitudowa filtru dolnoprzepustowego DC Gain: G = HM; Bessel, Butterworth and Chebychev (n = 1, 3, 5, 7) G = HM - AP; Chebychev (n = 2, 4, 6, 8) 14

Charakterystyka amplitudowa filtru górnoprzepustowego (high-frequency) Gain: G = HM; Bessel, Butterworth and Chebychev (n = 1, 3, 5, 7) G = HM - AP; Chebychev (n = 2, 4, 6, 8) 15

Charakterystyka amplitudowa filtru środkowoprzepustowego (central or midband frequency) Gain: f0 = (fpl fpu)1/2 G = HM; Bessel, Butterworth and Chebychev (n = 2, 6) G = HM - AP; Chebychev (n = 4, 8) Lower Stop Band fsl = Lower Stop Band Edge Frequency (Hz) AS = Min. Stop Band Attenuation (db) f fs ; AS A Lower Transition Band fsl < f < fpl ; A P < A < AS Pass Band fpl = Lower Pass Band Frequency (Hz) fpu = Upper Pass Band Frequency (Hz) BWL = Lower -3 db Bandwidth BWU = Upper -3 db Bandwidth HM = Maximum Pass Band Gain (db) A = Attenuation (relative to HM) (db) AP * = Pass Band Ripple/Max. Attenuation (db) fpl f fpu ; 0 A AP Upper Transition Band fpu < f < fsu ; AP < A < AS Upper Stop Band fsu = Upper Stop Band Edge Frequency (Hz) AS = Min. Stop Band Attenuation (db) fsu f ; AS A 16

Charakterystyka fazowa a opóźnienie czasowe i grupowe Time delay: τd (ω) = φ (ω) / ω 17

Dolnoprzepustowy filtr Butterwortha (maksymalnie płaska charakterystyka amplitudowa w paśmie przepustowym) 18

Rozmieszczenie biegunów transmitancji filtru Butterwortha 19

Dolnoprzepustowy filtr Czebyszewa (zadane maksymalne poziomy zafalowania charakterystyki amplitudowej w paśmie przepustowym) 20

Dolnoprzepustowy filtr Bessela (maksymalnie płaska charakterystyka fazowa, dobre charakterystyki czasowe) Butterworth Bessel 21

Unormowane charakterystyki filtrów Bessela 22

Charakterystyki częstotliwościowe filtrów dolnoprzepustowych 2 rzędu 23

Dolnoprzepustowy filtr eliptyczny (zera transmitancji, zafalowania w paśmie zaporowym i przepustowym, wąskie pasmo przejściowe) 24

Realizacje sekcji filtrów aktywnych RC, rzędu 1-go i 2-go 25

Filtry pierwszego rzędu 26

Filtr 2 rzędu z dodatnim sprzężeniem zwrotnym (Sallen a - Key a) 27

Filtry 2 rzędu z wielokrotnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym (MFB) 28

Filtry 2 rzędu z wielokrotnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym (MFB) 29

Filtry 2 rzędu (zadanie: rozpoznaj typ każdego z filtrów) 30

Obliczanie filtrów o jednostkowym wzmocnieniu 31

Obliczanie filtrów o jednostkowym wzmocnieniu 32

Projekt filtru DP 3 rzędu, o wzmocnieniu jednostkowym 33

Projekt filtru GP 4 rzędu, o wzmocnieniu jednostkowym 34

Filtry - pytania sprawdzające Wymień i objaśnij podstawowe pojęcia dotyczące filtrów Objaśnij kryteria klasyfikacji i opisz krótko poszczególne rodzaje filtrów Objaśnij wpływ rzędu filtru na charakterystyki częstotliwościowe Objaśnij wpływ dobroci Q na charakterystyki sekcji filtru 2 rzędu Porównaj charakterystyki częstotliwościowe i czasowe filtrów dolnoprzepustowych: Butterwortha, Bessela, Czebyszewa Porównaj rozmieszczenie biegunów transmitancji filtrów 3 rzędu: Bessela. Butterwortha, Czebyszewa Narysuj schematy realizacji sekcji 2 rzędu filtru aktywnego dolnoprzepustowego: a) o wzmocnieniu jednostkowym, b) z wielokrotnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Porównaj właściwości filtrów a) i b) z poprzedniego pytania Narysuj schematy filtrów aktywnych górnoprzepustowych 2 rzędu Narysuj schematy filtrów biernych dolno- i górnoprzepustowych 1-go i 2-go rzędu Objaśnij poszczególne etapy projektowania filtru aktywnego Czym różnią się transmitancje filtrów górnoprzepustowych od filtrów dolnoprzepustowych tego samego rzędu i typu? 35

Filtry elektroniczne sygnałów ciągłych uzupełnienia, c.d. Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Klasyfikacje, charakterystyki częstotliwościowe filtrów Właściwości filtrów w dziedzinie czasu (uzupełnienia do wykładu ) Realizacje elektroniczne filtrów (aktywne RC, SC) Metody i narzędzia do projektowania filtrów Przegląd filtrów komercyjnych 36

Położenie biegunów filtrów dolnoprzepustowych 4 rzędu a) filtr Butterwortha b) filtr Czebyszewa 37

Położenie biegunów i zer filtrów dolnoprzepustowych 4 rzędu (c.d.) a) filtr Bessela b) filtr eliptyczny 38

Porównanie charakterystyk amplitudowych filtrów tego samego rzędu 39

Porównanie charakterystyk amplitudowych filtrów (2) 40

Przeinaczanie (aliasing) oraz zniekształcanie (distortion) sygnału próbkowanego z częstotliwością zbyt małą względem częstoliwości sygnału wejściowego Fsign / Fs = 1 Fsign / Fs = 2 Fsign / Fs = 19/20 Fsign / Fs = 6 / 26 41

Aliasing w ujęciu częstotliwościowym (lustrzane odbicie wzgledem fs/2) 42

Uniwersalna sekcja 2-go rzędu budowana metodą zmiennych stanu (state-variable filter ) 43

Jedna z realizacji uniwersalnej sekcji 2-go rzędu metodą zmiennych stanu (biquad state-variable filter ) (mniej wrażliwy na zmiany parametrów RC niż schematy z jednym wzmacniaczem operacyjnym) 44

Inna realizacja bikwadratowego filtru stanu (biquad state-variable filter ), z niezależną regulacją Q 45

Sekcja bikwadratowa (biquad filter) (podobny do filtru stanu, ale współzależność fc od Q oraz brak wyjścia H; pozwala uzyskiwać duże wartości Q) 46

Różne struktury dolnoprzepustowej sekcji bikwadratowej Thomas1 AkerbergMosberg Thomas2 47

Technika przełączanych pojemności - podstawy 48

Technika przełączanych pojemności - analiza 49

Technika przełączanych pojemności różne schematy realizacji rezystancji zastępczej 50

Technika przełączanych pojemności wzmacniacze 51

Technika przełączanych pojemności integratory 52

Technika przełączanych pojemności schemat filtru 2-go rzędu wygenerowany przez program Filter Free (Nuhertz) 53

Technika przełączanych pojemności struktura sekcji filtru uniwersalnego w jednym z trybów pracy (FilterCAD - LT) 54

Przykłady darmowych programów do projektowania filtrów FilterCAD - Linear Technology FilterLab - Microchip Filter Design - MAXIM FilterFree Nuhertz Technology - 55

FilterCAD wybór Quick Design Enhanced Design 56

FilterCAD Quick Design 4 pierwsze etapy projektowania 57

FilterCAD Quick Design końcowy wybór 58

FilterCAD Quick Design schemat połączeń zewnętrznych 59

FilterCAD Quick Design charakterystyki częstotliwościowe 60

FilterCAD Quick Design odpowiedzi czasowe 61

FilterCAD Enhanced Design 62

FilterCAD Enhanced Design - implementacja 63

FilterCAD Enhanced Design schemat (filtr uniwersalny ) 64

FilterCAD Enhanced Design charakterystyki częstotliwościowe 65

FilterCAD Enhanced Design odpowiedzi czasowe 66

FilterFree główne okno projektowe 67

FilterFree okno transmitancji 68

Bieguny 69

FilterFree charakterystyki częstotliwościowe 70

FilterFree odpowiedzi czasowe 71

FilterFree realizacja filtru (NegativeSAB == MFB) 72

FilterFree realizacja filtru SC 73

MAXIM filtry ciągłe i SC 74

MAXIM zintegrowany dolnoprzepustowy filtr eliptyczny 8-go rzędu 75

MAXIM zintegrowany dolnoprzepustowy filtr eliptyczny 8-go rzędu 76

MAXIM zintegrowany dolnoprzepustowy filtr eliptyczny 8-go rzędu 77

MAXIM filtr stosowany w technice HDTV do rekonstrukcji sygnałów 78