Расчет характеристик и анализы фильтра.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Технологический институт-филиал НИЯУ МИФИ

КАФЕДРА ТСКУ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

Моделирование электронных устройств

Выполнил:

                                                                                 Проверил: Кревский А.К.

Лесной 2018 г.

Содержание

1. Технической задание………………………………………………………….……….…3

2. Расчет схемы………………………………………………………………….……….…..3

3. Выбор электрических элементов………………………………………….………….….4

4. Расчет характеристик и анализы фильтра………………………………….……….…...5

4.1. Амплитудо- частотная характеристика……………………….………….……5

4.2. Фазо- частотная харатеристика………………………………….……….….....6

4.3.Импульсная характеристика…………………………………….……………...7

4.4.Анализ шумов……………………..…………………………….………….……8

4.5.Критический режим...……………………….………………….………………..9

4.6.Зависимость характеристик фильтра от температуры……………………….11

4.7. Анализ Монте- Карло…………………………………………………………..13

5. Общий вывод……………………..………………………………………………………14

6. Список используемой литературы………………………………………………………15

Техническое задание.

Наименование проектируемого устройства — Фильтр низких частот (ФНЧ) (рисунок 2.), с неравномерностью 3dB;

Технические и эксплуатационные требования:

1. Тип фильтра — Фильтр Баттерфорта;

2. Добротность (Q) — 0.71;

3. Амплитуда входного сигнала( )  — 100mV;

4. Амплитуда выходного сигнала ( ) — 7V;

5. Допустимое отклонение частот — 5%;

6. Частота среза ( ) — 100kHz;

7. Коэффициент Усиления ( ) — 70.

8. Диапазон рабочих температур - -40ºС .. +85ºС;

Расчеты схемы.

Схема фильтра рассчитана в программе Filterwizardна сайте www.analog.com. После расчета фильтра , при помощи не инвертирующего каскадана операционном усилителе(рисунок 1.), коэффициентом усиления вычисляется по формуле (1), добиваемся  приR₅=2kOm и R₆=12kOm

.                                                         (1)

Рис.1. не инвертирующий каскада на операционном усилителе.

Выбор Электрических элементов

Операционный усилитель выбран исходя из технической документации и стоимости микросхемы – AD8676ARZ

Номиналы сопротивлений и ёмкостей выбраны в соответствии с рядами E24(5%)для сопротивленияи E12(10%) для ёмкостей (таблица 1.).

Таблица 1. Номиналы радио элементов.

Напряжение питания операционного усилителя +/-12V

Рис.2. Фильтр низких частот (ФНЧ).

Расчет характеристик и анализы фильтра.

Все анализы произведены в программе MultiSim.

4.1.Амплитудо-частотная характеристика.

Рис 3. Аплитудо- частотная характеристика (АЧХ).

Из АЧХ частота среза Fр=105кГц.

4.2.Фазо- частотная характеристика.

Рис.4. Фазо- частотная характеристика (ФЧХ).

4.3.Импульсная характеристика.

Рис. 5. Анализ переходных процессов (импульсная характеристика).

4.4.Анализ Шумов.

Коэффициент шума- отношение мощности полезного сигнала к мощности шума, В данном случае равен 248.24Дб.

Таблица 2. Анализ шума.

4.5.Критический режим.

Рис. 6. Амплитудо- частотная характеристика номинального и критического случая.

Таблица 3. Параметры критического режима

4.6.Зависимость характеристик фильтра от температуры.

Рис. 7. Влияние температуры (от -40ºС до +85 ºС) на АЧХ 11 прогонов.

Рис. 8. Влияние температуры (от -40ºС до +85 ºС) на импульсную характеристику 11 прогонов.

4.7. Анализ Монте- Карло.

Рис. 9. Гистограмма построенная по данным анализа Монте- Карло.

Номинальное значение коэффициента усиления в полосе пропускания K_у=4,949, из анализа Монте- Карло (500 пробегов) видно, что это значение более модно.

5. Общий вывод.

За основу взят операционный усилитель AD8676ARZ, потому что его рабочий температурный диапазон подходит под техническое задание, а еще он дешев. Радио элементы выбраны при выполненной программной оптимизацией в соответствии с номинальными рядами Е24 и Е12, их значения оптимальны для работы схемы с учетом технического задания. Частота среза не выходит за 5% разброса (105kHz), указанным в техническом задании. На импульсной характеристике колебания отсутствуют, что является одним из показателей правильность выполненной работы. При температурном анализе сильных отклонений нет.

6. Список используемой литературы.

1.Методическое указание.