Шүүлтүүрийн хувьд тооцоолол нь ихэвчлэн шүүлтүүрийн параметрүүдийг тохируулахаас эхэлдэг бөгөөд хамгийн чухал нь давтамжийн хариу үйлдэл юм. Өгүүлэлд бид аль хэдийн хэлэлцсэн тул эхлээд өгөгдсөн шүүлтүүрийн шаардлагыг нам дамжуулалтын шүүлтүүрийн прототипийн шаардлагад нийцүүлнэ. Зохион бүтээгдсэн шүүлтүүрийн бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн прототипийн далайц-давтамжийн хариу үйлдэлд тавигдах шаардлагын жишээг Зураг 1-т үзүүлэв.

Зураг 1. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн далайц-давтамжийн нормчилсэн хариу үйлдлийн жишээ.

Энэ график нь шүүлтүүр дамжуулах коэффициентийн хэвийн давтамжаас хамаарах хамаарлыг харуулж байна ξ , Хаана ξ = f/fВ

1-р зурагт үзүүлсэн график нь дамжуулалтын коэффициентийн зөвшөөрөгдөх тэгш бус байдлыг нэвтрүүлэх зурваст заасан болохыг харуулж байна. Зогсоох зурваст хөндлөнгийн дохиог дарах хамгийн бага коэффициентийг тогтооно. Жинхэнэ шүүлтүүр нь ямар ч хэлбэртэй байж болно. Хамгийн гол нь заасан шаардлагын хил хязгаарыг давахгүй байх явдал юм.

Нилээд удаан хугацаанд шүүлтүүрийг стандарт холбоос (m-link эсвэл k-link) ашиглан далайц-давтамжийн хариу урвалыг сонгох замаар тооцоолсон. Энэ аргыг хэрэглээний арга гэж нэрлэдэг. Энэ нь нэлээд төвөгтэй байсан бөгөөд боловсруулсан шүүлтүүрийн чанар болон холбоосын тоог оновчтой харьцаагаар хангаж чадаагүй юм. Тиймээс өгөгдсөн шинж чанар бүхий далайц-давтамжийн хариу урвалыг ойролцоогоор тооцоолох математик аргуудыг боловсруулсан.

Математикийн хувьд ойртох гэдэг нь нийлмэл харилцааг зарим мэдэгдэж буй функцээр дүрслэх явдал юм. Ихэвчлэн энэ функц нь маш энгийн байдаг. Шүүлтүүрийг боловсруулахдаа ойртох функцийг хэлхээнд хялбархан хэрэгжүүлэх нь чухал юм. Үүнийг хийхийн тулд функцуудыг дөрвөн портын сүлжээний дамжуулалтын коэффициентийн тэг ба туйл, энэ тохиолдолд шүүлтүүр ашиглан гүйцэтгэдэг. Тэдгээрийг LC хэлхээ эсвэл санал хүсэлтийн гогцоо ашиглан хялбархан хэрэгжүүлдэг.

Шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвалын ойролцоох хамгийн түгээмэл төрөл бол Баттервортийн ойролцоо тооцоолол юм. Ийм шүүлтүүрийг Баттерворт шүүлтүүр гэж нэрлэдэг.

Баттерворт шүүлтүүр

Баттерворт шүүлтүүрийн далайц-давтамжийн хариу урвалын нэг онцлог шинж чанар нь нэвтрүүлэх болон зогсоох зурваст минимум ба максимум байхгүй байх явдал юм. Эдгээр шүүлтүүрүүдийн нэвтрүүлэх зурвасын ирмэг дэх давтамжийн хариу урвал нь 3 дБ байна. Хэрэв шүүлтүүр нь нэвтрүүлэх зурваст долгионы утга багатай байх шаардлагатай бол шүүлтүүрийн давтамж зөв байна е in нь нэвтрүүлэх зурвасын заасан дээд давтамжаас дээш сонгогдоно. Баттерворт шүүлтүүрийн бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн прототипийн давтамжийн хариу урвалын ойролцоо функц нь дараах байдалтай байна.

(1),

Хаана ξ - хэвийн давтамж;
n- шүүлтүүрийн дараалал.

Энэ тохиолдолд боловсруулж буй шүүлтүүрийн бодит далайц-давтамжийн шинж чанарыг нормчлогдсон давтамжийг үржүүлэх замаар олж авч болно. ξ шүүлтүүрийн таслах давтамж руу. Бага дамжуулалттай Баттерворт шүүлтүүрийн хувьд давтамжийн хариу урвалын ойролцоо функц дараах байдалтай байна.

(2).

Шүүлтүүрийг тооцоолохдоо ординатын тэнхлэгийн дагуу дугуй давтамжийг дүрсэлсэн нарийн төвөгтэй s-хавтгай гэсэн ойлголтыг өргөн ашигладаг болохыг анхаарна уу. jω, мөн x тэнхлэгийн дагуу чанарын хүчин зүйлийн эсрэг байна. Ийм байдлаар шүүлтүүрийн хэлхээний нэг хэсэг болох LC хэлхээний үндсэн параметрүүдийг тодорхойлох боломжтой: тааруулах давтамж (резонанс давтамж) ба чанарын хүчин зүйл. s-хавтгай руу шилжих шилжилтийг ашиглан гүйцэтгэнэ.

Нарийн төвөгтэй s-хавтгай дээрх Баттерворт шүүлтүүрийн туйлын байршлын нарийвчилсан гарал үүслийг доор өгөв. Бидний хувьд гол зүйл бол энэ шүүлтүүрийн туйлууд нь бие биенээсээ ижил зайд нэгж тойрог дээр байрладаг. Тулгуурын тоог шүүлтүүрийн дарааллаар тодорхойлно.

Зураг 2-т Баттерворт шүүлтүүрийн шонгийн байршлыг харуулав. Нарийн төвөгтэй s-хавтгай дээрх туйлуудын өгөгдсөн байршилд тохирох давтамжийн хариу урвалыг ойролцоо харуулав.

Зураг 2. Нэгдүгээр эрэмбийн Баттерворт шүүлтүүрийн туйлын байршил ба давтамжийн хариу урвал

Зураг 2-оос харахад нэгдүгээр зэрэглэлийн шүүлтүүрийн хувьд туйлыг тэг давтамжтайгаар тааруулж, чанарын хүчин зүйл нь нэгдмэл байдалтай тэнцүү байх ёстой. Давтамжийн хариу урвалын графикаас харахад туйлын тааруулах давтамж нь үнэхээр тэг бөгөөд туйлын чанарын хүчин зүйл нь нормчлогдсон Баттерворт шүүлтүүрийн таслах давтамжийн нэгдэлтэй тэнцүү байх үед түүний дамжуулах коэффициент -3 дБ байна.

Хоёрдахь эрэмбийн Butterworth шүүлтүүрийн туйлуудыг яг ижил аргаар тодорхойлно. Энэ удаад туйл тааруулах давтамжийг тойргийн төвийг 45° өнцгөөр дайран өнгөрөх шулуун шугамаар нэгж тойргийн огтлолцол дээр сонгосон байна Хоёрдахь эрэмбийн Баттерворт шүүлтүүрийн давтамжийн хариуг Зураг 3-т үзүүлэв.

Зураг 3. Хоёр дахь эрэмбийн Баттерворт шүүлтүүрийн туйлын байршил ба давтамжийн хариу үйлдэл

Энэ тохиолдолд туйлын резонансын давтамж нь хэвийн шүүлтүүрийн таслах давтамжтай ойролцоо байрладаг. Энэ нь 0.707-тэй тэнцүү байна. Туйлуудын байршлын графикийн дагуу туйлын чанарын хүчин зүйл нь 1-р зэргийн Баттерворт шүүлтүүрийн туйлын чанарын хүчин зүйлээс 2 дахин их язгуур тул далайц-давтамжийн хариу урвалын налуу их байна. (Графикийн баруун талд байгаа тоонуудад анхаарлаа хандуулаарай. Давтамжийг 2-оор тохируулснаар дарах нь аль хэдийн 13 дБ болсон) Туйлны далайц-давтамжийн хариу урвалын зүүн тал хавтгай болж хувирдаг. Энэ нь сөрөг давтамжийн бүсэд байрлах туйлын нөлөөллөөс шалтгаална.

Гурав дахь эрэмбийн Баттерворт шүүлтүүрийн туйлуудын байршил ба далайц-давтамжийн хариуг Зураг 4-т үзүүлэв.

Зураг 4. Гурав дахь эрэмбийн Баттерворт шүүлтүүрийн туйлын зохион байгуулалт

Зураг 2...5-д үзүүлсэн графикуудаас харахад Баттерворт шүүлтүүрийн дараалал ихсэх тусам далайц-давтамжийн шинж чанарын налуу багасч, хэрэгжүүлэгч 2-р эрэмбийн хэлхээний (хэлхээ) шаардагдах чанарын хүчин зүйл багасч байна. шүүлтүүрийн дамжуулах шинж чанарын туйл нэмэгдэнэ. Энэ нь хэрэгжиж болох шүүлтүүрийн хамгийн дээд дарааллыг хязгаарладаг шаардлагатай чанарын хүчин зүйлийн өсөлт юм. Одоогоор Butterworth шүүлтүүрийг найм, арав дахь дарааллаар хэрэгжүүлэх боломжтой.

Чебышев шүүлтүүрүүд

Чебышев шүүлтүүрт далайц-давтамжийн хариуг дараах байдлаар ойролцоогоор тооцоолно.

(3),

Энэ тохиолдолд Баттерворт шүүлтүүр шиг жинхэнэ Чебышев шүүлтүүрийн далайц-давтамжийн хариуг хэвийн давтамжийг үржүүлэх замаар олж авч болно. ξ боловсруулж байгаа шүүлтүүрийн таслах давтамж руу. Бага нэвтрүүлэх Чебышев шүүлтүүрийн хувьд далайц-давтамжийн хариуг дараах байдлаар тодорхойлж болно.

(4).

Бага нэвтрүүлэх Чебышев шүүлтүүрийн далайц-давтамжийн хариу үйлдэл нь дээд дамжуулалтын давтамжаас дээш давтамжийн мужид огцом бууралтаар тодорхойлогддог. Дамжуулах зурвас дахь давтамжийн хариу урвалын тэгш бус байдал үүссэний улмаас энэ олз хүрдэг. Чебышев шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвалын ойролцоолсон функцын тэгш бус байдал нь туйлуудын өндөр чанарын хүчин зүйлээс үүдэлтэй юм.

s-хавтгай дээрх Чебышев шүүлтүүрийн ойролцоолсон функцийн туйлуудын байршлын нарийвчилсан гаргалбарыг энд өгөв. Бидний хувьд чухал зүйл бол Чебышев шүүлтүүрийн туйлууд нь эллипс дээр байрладаг бөгөөд гол тэнхлэг нь хэвийн давтамжийн тэнхлэгтэй давхцдаг. Энэ тэнхлэгт эллипс нь нам дамжуулалтын шүүлтүүрийн таслах давтамжийн цэгээр дамждаг.

Хэвийн хувилбарт энэ цэг нэгтэй тэнцүү байна. Хоёрдахь тэнхлэгийг нэвтрүүлэх зурвас дахь давтамжийн хариу урвалын ойролцоо функцийн тэгш бус байдалаар тодорхойлогддог. Дамжуулах зурвас дахь зөвшөөрөгдөх долгион их байх тусам энэ тэнхлэг бага байх болно. Баттерворт шүүлтүүрийн нэгж тойргийн нэг төрлийн "хавтгай байдал" байдаг. Туйлууд давтамжийн тэнхлэгт ойртож байх шиг байна. Энэ нь шүүлтүүрийн шонгийн чанарын хүчин зүйл нэмэгдсэнтэй тохирч байна. Дамжуулах зурвас дахь тэгш бус байдал их байх тусам шонгийн чанарын хүчин зүйл их байх тусам Чебышев шүүлтүүрийн зогсолт дахь сулралтын өсөлтийн хурд нэмэгддэг. Давтамжийн хариу урвалын ойролцоолсон функцын туйлын тоог Чебышев шүүлтүүрийн дарааллаар тодорхойлно.

Анхны захиалгатай Чебышев шүүлтүүр байхгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. 2-р эрэмбийн Чебышев шүүлтүүрийн туйлуудын байршил, давтамжийн хариу урвалыг 5-р зурагт үзүүлэв. Чебышев шүүлтүүрийн онцлог нь туйлын давтамжууд дээр тод харагдаж байгаагаараа сонирхолтой юм. Тэд нэвтрүүлэх зурвас дахь хамгийн их давтамжийн хариу үйлдэлтэй тохирч байна. Хоёрдахь эрэмбийн шүүлтүүрийн хувьд туйлын давтамж нь тохирч байна ξ =0.707.

DF-ИЙН ДАВТАМЖИЙН ПАРЦИЙГ ХӨРВҮҮЛЭХ (LPF --> LPF1)

DF-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх (LPF --> HPF)

DF (LPF --> PF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

DF (LPF --> RF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

4-р захиалгын Butterworth шүүлтүүр

DF-ИЙН ДАВТАМЖИЙН ПАРЦИЙГ ХӨРВҮҮЛЭХ (LPF --> LPF1)

DF-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх (LPF --> HPF)

DF (LPF --> PF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

DF (LPF --> RF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

Чебышев шүүлтүүр 3-р дараалал

DF-ИЙН ДАВТАМЖИЙН ПАРЦИЙГ ХӨРВҮҮЛЭХ (LPF --> LPF1)

DF-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх (LPF --> HPF)

DF (LPF --> PF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

DF (LPF --> RF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

Чебышев шүүлтүүрийн 4 захиалга

DF-ИЙН ДАВТАМЖИЙН ПАРЦИЙГ ХӨРВҮҮЛЭХ (LPF --> LPF1)

DF-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх (LPF --> HPF)

DF (LPF --> PF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

DF (LPF --> RF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

Бессел шүүлтүүр 3 дахь захиалга

DF-ИЙН ДАВТАМЖИЙН ПАРЦИЙГ ХӨРВҮҮЛЭХ (LPF --> LPF1)

DF-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх (LPF --> HPF)

DF (LPF --> PF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

DF (LPF --> RF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

Бессел шүүлтүүр 4-р захиалга

DF-ИЙН ДАВТАМЖИЙН ПАРЦИЙГ ХӨРВҮҮЛЭХ (LPF --> LPF1)

DF-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх (LPF --> HPF)

DF (LPF --> PF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

DF (LPF --> RF)-ийн давтамжийн шинж чанарыг хөрвүүлэх

Дижитал нам дамжуулалтын шүүлтүүрийн коэффициентийг тохируулахдаа гарсан алдааны давтамжийн хариу үйлдэлд үзүүлэх нөлөөнд дүн шинжилгээ хийх (коэффицентийн аль нэгийг өөрчлөх замаар b). j).

Давтамжийн хариу урвалын өөрчлөлтийн шинж чанарыг тодорхойлно уу. Шүүлтүүрийн үйл ажиллагаанд коэффициентүүдийн аль нэгийг өөрчлөхөд үзүүлэх нөлөөний талаар дүгнэлт гарга.

Бид 4-р эрэмбийн Бесселийн шүүлтүүрийн жишээн дээр тоон бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн коэффициентийг давтамжийн хариу үйлдэлд үзүүлэх алдааны нөлөөллийг шинжлэх болно.

Давтамжийн хариу урвалын хамгийн их хазайлт нь ойролцоогоор 10% байхаар ε коэффициентүүдийн хазайлтын утгыг -1.5% -тай тэнцүү гэж сонгоё.

"Хамгийн тохиромжтой" шүүлтүүр ба коэффициентийг ε утгаар өөрчилсөн шүүлтүүрүүдийн давтамжийн хариу урвалыг зурагт үзүүлэв.

БА

Зураг нь давтамжийн хариу урвалд хамгийн их нөлөөлөл нь b 1 ба b 2 коэффициентүүдийн өөрчлөлтөөс (тэдгээрийн утга нь бусад коэффициентүүдийн утгаас давж) байгааг харуулж байна. ε-ийн сөрөг утгыг ашиглан эерэг коэффициентүүд нь спектрийн доод хэсгийн далайцыг бууруулдаг бол сөрөг коэффициентүүд нь үүнийг нэмэгдүүлдэг болохыг бид тэмдэглэж байна. ε-ийн эерэг утгын хувьд бүх зүйл эсрэгээрээ болдог.

Дижитал шүүлтүүрийн коэффициентийг анхны хувилбараас давтамжийн хариу урвалын хамгийн их хазайлт нь ойролцоогоор 10-20% байхаар олон тооны хоёртын цифрээр хэмжинэ. Давтамжийн хариу урвалыг зурж, түүний өөрчлөлтийн мөн чанарыг тодорхойлно уу. Коэффициентийн бутархай хэсгийн цифрүүдийн тоог өөрчлөх замаар jДавтамжийн хариу урвалын хамгийн их хазайлт нь n≥3 үед 20% -иас хэтрэхгүй гэдгийг анхаарна уу.

Өөр өөр давтамжийн хариу урвалын төрөл nзургуудад үзүүлсэн:

n =3, хамгийн их давтамжийн хариу хазайлт =19.7%

n =4, хамгийн их давтамжийн хариу хазайлт =13.2%

n =5, хамгийн их давтамжийн хариу хазайлт =5.8%

n =6, хамгийн их давтамжийн хариу хазайлт =1.7%

Тиймээс шүүлтүүрийн коэффициентийг квантлахдаа битийн гүнийг нэмэгдүүлэх нь шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвал нь анхных руу илүү их ханддаг болохыг тэмдэглэж болно. Гэсэн хэдий ч энэ нь шүүлтүүрийн биет бодит байдлыг улам хүндрүүлдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Квантжуулалт нь өөр nзургаас харж болно:

УКРАИН УЛСЫН БОЛОВСРОЛ, ШИНЖЛЭХ УХААНЫ ЯАМ

Харьковын үндэсний радио электроникийн их сургууль

REU-ийн хэлтэс

СУРГАЛТЫН АЖИЛ

ТООЦОО, ТАЙЛБАРТ

BUTTERWORTH ӨНДӨР ШҮҮГЧ

Харьков 2008 он

Ажлын даалгавар

Шүүлтүүрийг зохион бүтээх гурав дахинБаттерворт олон гишүүнээр далайц-давтамжийн хариу (AFC) ойролцоолсон (HPF) AFC параметрүүдийг зааж өгсөн бол шаардлагатай шүүлтүүрийн дарааллыг тодорхойлно (Зураг 1): K 0 = 26 дБ

U m In =250mV

шүүлтүүрийн дамжуулах хамгийн их коэффициент хаана байна;

Дамжуулах зурвас дахь дамжуулах хамгийн бага коэффициент;

Сааталын зурвас дахь хамгийн их шүүлтүүрийн ашиг;

Таслах давтамж;

Шүүлтүүрийн ашиг бага байх давтамж.

Зураг 1 – Баттерворт өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн загвар.

Элементийн утгын хазайлтыг бага зэрэг мэдэрнэ.

ХИЙСЭН МЭДЭЭ

Төлбөр тооцоо, тайлбар: 26 х., 11 зураг, 6 хүснэгт.

Ажлын зорилго: идэвхтэй RC өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрийн хэлхээний синтез, түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тооцоо.

Судалгааны арга: шүүлтүүрийн давтамжийн хариуг Баттервортын олон гишүүнтээр ойртуулах.

Ойролцоогоор дамжуулах функцийг идэвхтэй шүүлтүүр ашиглан гүйцэтгэдэг. Шүүлтүүр нь бие даасан холбоосуудын каскадын холболтоор бүтээгдсэн. Идэвхтэй шүүлтүүрүүд нь үйл ажиллагааны өсгөгч ашиглан хэрэгжүүлдэг урвуу бус хязгаарлагдмал өсгөгчийг ашигладаг.

Ажлын үр дүнг радио инженерийн болон гэр ахуйн тоног төхөөрөмжийн шүүлтүүрийг нэгтгэхэд ашиглаж болно.

Танилцуулга

1. Ижил төстэй схемүүдийг хянан үзэх

3.1 Өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрийг хэвийн болгох ажлыг хэрэгжүүлэх

3.2 Шаардлагатай шүүлтүүрийн дарааллыг тодорхойлох

3.3 Баттерворт олон гишүүнтийн тодорхойлолт

3.4 Нормалжуулсан шүүлтүүрээс загварчлагдсан өндөр дамжуулалтын шүүлтүүр рүү урвуу шилжих

3.5 Дамжуулах функцээс хэлхээнд шилжих

3.6 Дамжуулах функцээс хэлхээнд шилжих

4. Хэлхээний элементүүдийн тооцоо

5. Боловсруулсан шүүлтүүрийг тохируулах аргачлал

Танилцуулга

Саяхныг хүртэл радио төхөөрөмжид дижитал болон аналог төхөөрөмжийг харьцуулсан үр дүн болон техникийн хэрэгсэлхарилцаа холбоо нь сэтгэл ханамжгүй мэдрэмжийг төрүүлэхээс өөр аргагүй юм. Өргөн хэрэглээтэй хэрэгжсэн дижитал зангилаа нэгдсэн хэлхээ(IC) нь дизайн, технологийн бүрэн бүтэн байдгаараа ялгарч байв. Аналог дохио боловсруулах нэгжийн хувьд байдал өөр байсан бөгөөд жишээлбэл, харилцаа холбооны салбарт харилцаа холбооны төхөөрөмжийн эзлэхүүн, жингийн 40-60% -ийг эзэлдэг. Олон тооны найдваргүй, хөдөлмөр их шаарддаг ороомгийн элементүүдийг агуулсан том хэмжээтэй, тэдгээр нь том нэгдсэн хэлхээний арын дэвсгэр дээр маш гунигтай харагдаж байсан тул цахим төхөөрөмжийг "нийт дижиталжуулах" шаардлагатай гэсэн олон мэргэжилтнүүдийн дүгнэлтийг гаргажээ.

Сүүлийнх нь бусад туйлын нэгэн адил хүлээгдэж буй үр дүнд хүрч чадаагүй (мөн хүргэж чадахгүй). Үнэн нь бусад бүх тохиолдлын нэгэн адил дунд нь хаа нэгтээ байсан. Зарим тохиолдолд үндсэн суурь нь микроэлектроникийн чадавхи, хязгаарлалтад тохирсон функциональ аналоги нэгж дээр суурилуулсан төхөөрөмж илүү үр дүнтэй байдаг.

Энэ тохиолдолд хангалттай байдал нь микроэлектроникоор үндсэндээ хэрэгждэггүй индуктор ба трансформаторыг оруулаагүй идэвхтэй RC хэлхээнд шилжих замаар хангагдаж болно.

Ийм шилжилтийн үнэн зөвийг нэг талаас идэвхтэй RC хэлхээний онолын ололт, нөгөө талаас өндөр чанартай шугаман интеграл хэлхээ, түүний дотор нэгдсэн үйлдлийн системийг бий болгосон микроэлектроникийн амжилтаар тодорхойлж байна. хөгжүүлэгчид ашиглах боломжтой өсгөгч (OPA). Эдгээр оп-ампер нь том хэмжээтэй функциональ байдал, мэдэгдэхүйц баяжуулсан аналог хэлхээ. Энэ нь ялангуяа хэлхээний дизайнд тод харагдаж байв. идэвхтэй шүүлтүүрүүд.

60-аад он хүртэл шүүлтүүрийг хэрэгжүүлэхэд ихэвчлэн идэвхгүй элементүүдийг ашигладаг байсан. индуктор, конденсатор, резистор. Ийм шүүлтүүрийг хэрэгжүүлэхэд тулгардаг гол асуудал бол индукторын хэмжээ юм (бага давтамжтай үед тэдгээр нь хэтэрхий том болдог). 60-аад онд нэгдсэн үйлдлийн өсгөгчийг хөгжүүлснээр op-amps дээр суурилсан идэвхтэй шүүлтүүрийн дизайны шинэ чиглэл гарч ирэв. Идэвхтэй шүүлтүүрүүд нь резистор, конденсатор, оп-ампер (идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд) ашигладаг боловч индукторгүй байдаг. Ирээдүйд идэвхтэй шүүлтүүрүүдидэвхгүй зүйлсийг бараг бүрэн сольсон. Одоогийн байдлаар идэвхгүй шүүлтүүрийг зөвхөн өндөр давтамжид (1 МГц-ээс дээш) ашигладаг бөгөөд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг op amp-ийн давтамжийн хүрээнээс гадуур байдаг. Гэхдээ радио дамжуулагч, хүлээн авагч гэх мэт өндөр давтамжийн төхөөрөмжүүдэд ч уламжлалт RLC шүүлтүүрийг кварц болон гадаргуугийн акустик долгионы шүүлтүүрээр сольж байна.

Өнөө үед олон тохиолдолд аналог шүүлтүүрийг дижитал шүүлтүүрээр сольж байна. Ажил дижитал шүүлтүүрүүдголчлон хангадаг програм хангамж, тиймээс тэдгээр нь аналогитай харьцуулахад хэрэглэхэд илүү уян хатан байдаг. Тоон шүүлтүүрийг ашиглан уламжлалт аргуудыг ашиглан олж авахад маш хэцүү дамжуулах функцийг хэрэгжүүлэх боломжтой. Гэсэн хэдий ч, дижитал шүүлтүүрүүдТэд бүх нөхцөлд аналогийг орлуулж чадахгүй байгаа тул хамгийн алдартай аналог шүүлтүүрүүд болох идэвхтэй RC шүүлтүүрийн хэрэгцээ хэвээр байна.

1. Ижил төстэй схемүүдийг хянан үзэх

Шүүлтүүр нь тодорхой давтамжийн зурваст байрлах дохиог дамжуулдаг эсвэл эсэргүүцдэг давтамж сонгох төхөөрөмж юм.

Шүүлтүүрийг давтамжийн шинж чанараар нь ангилж болно:

1. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрүүд (LPF) - тодорхой таслах давтамж, тогтмол бүрэлдэхүүн хэсгээс ихгүй давтамжтай бүх хэлбэлзлийг дамжуулдаг.

2. Өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр (LPF) - тодорхой таслах давтамжаас багагүй бүх чичиргээг дамжуулдаг.

3. Bandpass filters (BPFs) – давтамжийн давтамжийн тодорхой түвшинд тодорхойлогддог тодорхой давтамжийн зурвас дахь хэлбэлзлийг дамжуулдаг.

4. Band-spression filters (BPFs) - давтамжийн хариу урвалын тодорхой түвшинд тодорхойлогддог тодорхой давтамжийн зурвас дахь саатлын хэлбэлзэл.

5. Татгалзах шүүлтүүрүүд (RF) - BPF-ийн төрөл нь нарийн саатлын зурвастай бөгөөд залгуур шүүлтүүр гэж нэрлэгддэг.

6. Фазын шүүлтүүр (PF) - хамгийн тохиромжтой нь бүх давтамж дээр тогтмол дамжуулах коэффициенттэй бөгөөд оролтын дохионы үе шатыг (ялангуяа дохионы саатал) өөрчлөх зориулалттай.

Зураг 1.1 – Шүүлтүүрийн үндсэн төрлүүд

Идэвхтэй RC шүүлтүүрийг ашигласнаар 1.1-р зурагт үзүүлсэн тэгш өнцөгт хэлбэрийн давтамжийн шинж чанарын хамгийн тохиромжтой хэлбэрийг нэвтрүүлэх зурвасын тогтмол өсөлт, дарах зурвас дахь хязгааргүй сулрал, өнхрөх үед хязгааргүй налуу байх боломжгүй юм. нэвтрүүлэх зурвасаас дарах зурвас руу шилжих. Идэвхтэй шүүлтүүрийг зохион бүтээх нь шинж чанарын хамгийн тохиромжтой хэлбэр ба түүний хэрэгжилтийн нарийн төвөгтэй байдлын хоорондох буултыг эрэлхийлэх явдал юм. Үүнийг "ойролцооны асуудал" гэж нэрлэдэг. Ихэнх тохиолдолд шүүлтүүрийн чанарт тавигдах шаардлагууд нь хамгийн энгийн эхний болон хоёрдугаар зэрэглэлийн шүүлтүүрийг ашиглах боломжийг олгодог. Ийм шүүлтүүрийн зарим хэлхээг доор үзүүлэв. Энэ тохиолдолд шүүлтүүрийг зохион бүтээх нь хамгийн тохиромжтой тохируулгатай хэлхээг сонгох, дараа нь тодорхой давтамжийн элементүүдийн нэрлэсэн утгыг тооцоолоход хүргэдэг.

Гэсэн хэдий ч шүүлтүүрийн шаардлага нь илүү хатуу байж болох бөгөөд эхний болон хоёрдугаарт илүү өндөр эрэмбийн хэлхээ шаардлагатай байж болох нөхцөл байдал байдаг. Өндөр эрэмбийн шүүлтүүрийг зохион бүтээх нь энэ курсын ажлын сэдэв болох илүү төвөгтэй ажил юм.

Доорх нь тус бүрийн давуу болон сул талуудтай эхний хоёр дахь дарааллын зарим үндсэн схемүүд юм.

1. Урвуугүй өсгөгч дээр суурилсан нам дамжуулалтын шүүлтүүр-I ба бага дамжуулалтын шүүлтүүр-I.

Зураг 1.2 – Урвуугүй өсгөгч дээр суурилсан шүүлтүүрүүд:

a) LPF-I, б) HPF-I.

Шүүлтүүрийн хэлхээний давуу тал нь голчлон хэрэгжүүлэх, тохируулахад хялбар, сул тал нь бага давтамжийн хариу налуу, өөрийгөө өдөөхөд бага эсэргүүцэлтэй байдаг.

2. Бага дамжуулалтын шүүлтүүр-II ба бага дамжуулалтын шүүлтүүр-II нь олон давталтын санал хүсэлттэй.

Зураг 1.3 – Олон давталтын санал хүсэлт бүхий шүүлтүүрүүд:

a) LPF-II, b) HPF-II.

Хүснэгт 2.1 – Олон давталтын хариу үйлдэл бүхий нам дамжуулалтын шүүлтүүр-II-ийн давуу болон сул талууд

Хүснэгт 2.2 – Олон давталтын санал хүсэлт бүхий HPF-II-ийн давуу болон сул талууд

2. LPF-II ба HPF-IISallen-Kay.

Зураг 1.4 – Саллен-Кэй шүүлтүүрүүд:

a) LPF-II, b) HPF-II

Хүснэгт 2.3 – Саллен-Кэй бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр II-ийн давуу болон сул талууд.

Хүснэгт 2.4 – HPF-II Sallen-Kay-ийн давуу болон сул талууд.

3. Эсэргүүцлийн хөрвүүлэгчид суурилсан LPF-II ба HPF-II.

Зураг 1.5 – Импеданс хувиргагч дээр суурилсан бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр II хэлхээ:

a) LPF-II, b) HPF-II.

Хүснэгт 2.3 – Импеданс хувиргагч дээр суурилсан LPF-II ба HPF-II-ийн давуу болон сул талууд.

2. Шүүлтүүрийн хэлхээний сонголт ба үндэслэл

Шүүлтүүрийн дизайны аргууд нь дизайны онцлог шинж чанараараа ялгаатай байдаг. Идэвхгүй RC шүүлтүүрийн дизайныг ихэвчлэн блок диаграммаар тодорхойлдог

Идэвхтэй AF шүүлтүүрүүд нь дамжуулах функцээр математикийн хувьд тодорхойлогддог. Давтамжийн хариу урвалын төрлүүдийг олон гишүүнт нэрээр өгдөг дамжуулах функцууд. Давтамжийн хариу урвалын төрөл бүрийг давтамжийн өгөгдсөн налуугийн дагуу тодорхой тооны туйлаар (RC хэлхээ) гүйцэтгэдэг. Хамгийн алдартай нь Баттерворт, Бессел, Чебышев нарын ойролцоо тооцоолол юм.

Butterworth шүүлтүүр нь дарах зурваст хамгийн хавтгай давтамжийн хариу үйлдэлтэй, шилжилтийн хэсгийн налуу нь нэг туйлд 6 дБ/окт байдаг боловч оролтын фазын хүчдэл нь гаралт дээр хэлбэлзэл үүсгэдэг тул шүүлтүүр; тасралтгүй дохиололд ашигладаг.

Бесселийн шүүлтүүр нь шугаман фазын хариу үйлдэлтэй, давтамжийн хариу урвалын шилжилтийн хэсгийн бага зэрэг эгц байдаг. Дамжуулах зурвас дахь бүх давтамжийн дохио нь ижил хугацааны хоцрогдолтой байдаг тул энэ нь гажуудалгүйгээр илгээх шаардлагатай тэгш өнцөгт импульсийг шүүхэд тохиромжтой.

Чебышев шүүлтүүр нь SP-ийн тэгш долгионы шүүлтүүр бөгөөд түүний гаднах масс-хавтгай хэлбэртэй бөгөөд таслах давтамжийн ард давтамжийн хариу урвалын эгц налуу байх шаардлагатай тохиолдолд тасралтгүй дохиололд тохиромжтой.

Нэг ба хоёр дахь зэрэглэлийн энгийн шүүлтүүрийн хэлхээг зөвхөн шүүлтүүрийн чанарт хатуу шаардлага байхгүй тохиолдолд л ашигладаг.

Шүүлтүүрийн холболтын каскадын холболтыг хоёр дахь хэмжээнээс өндөр шүүлтүүрийн дараалал шаардлагатай бол, өөрөөр хэлбэл үүсгэх шаардлагатай үед гүйцэтгэдэг. дамжуулах шинж чанардарагдсан зурвас дахь дохионы маш их сулралтай ба давтамжийн хариу урвалын их хэмжээний унтарсан налуутай

Хэлхээ нь ижил схемийн дагуу баригдсан боловч элементүүдийн утгууд

R, C нь өөр бөгөөд шүүлтүүр ба түүний хавтангийн хязгаарын давтамжаас хамаарна: f zr.f / f zr.l

Гэсэн хэдий ч, жишээлбэл, хоёр дахь зэрэглэлийн Баттерворт шүүлтүүрийн каскадын холболт нь дөрөв дэх зэрэглэлийн Баттерворт шүүлтүүр үүсгэдэггүй гэдгийг санах нь зүйтэй, учир нь үүссэн шүүлтүүр нь өөр таслах давтамж, өөр давтамжийн хариу үйлдэлтэй байх болно. Иймд шилжүүлгийн функцын дараагийн бүтээгдэхүүн нь сонгосон ойролцоолсон төрөлтэй тохирч байхаар нэг холбоосын коэффициентийг сонгох шаардлагатай. Тиймээс AF-ийг зохион бүтээх нь хамгийн тохиромжтой шинж чанарыг олж авахад хүндрэл, түүнийг хэрэгжүүлэх нарийн төвөгтэй байдлыг бий болгоно.

Холбоос бүрийн маш том оролт, гаралтын эсэргүүцлийн ачаар заасан дамжуулалтын функцийг гажуудуулахгүй байх, холбоос тус бүрийн бие даасан зохицуулалт хийх боломжийг хангаж өгдөг. Холбоосуудын бие даасан байдал нь холбоос бүрийн шинж чанарыг түүний параметрүүдийг өөрчлөх замаар өргөнөөр зохицуулах боломжийг олгодог.

Зарчмын хувьд хэсэгчилсэн шүүлтүүрийг ямар дарааллаар байрлуулах нь хамаагүй, учир нь дамжуулах функц үргэлж ижил байх болно. Гэсэн хэдий ч хэсэгчилсэн шүүлтүүрийг холбох дарааллын талаар янз бүрийн практик удирдамж байдаг. Жишээлбэл, өөрийгөө өдөөхөөс хамгаалахын тулд хэсэгчилсэн хязгаарлах давтамжийг нэмэгдүүлэх дарааллаар холбоосуудын дарааллыг зохион байгуулах хэрэгтэй. Өөр дараалал нь түүний давтамжийн хариу урвалын бүс дэх хоёр дахь холбоосыг өөрөө өдөөхөд хүргэдэг, учир нь өндөр таслах давтамжтай шүүлтүүрүүд нь ихэвчлэн таслах давтамжийн бүсэд илүү өндөр чанарын хүчин зүйлтэй байдаг.

Өөр нэг шалгуур нь оролтын дуу чимээний түвшинг бууруулахад тавигдах шаардлагуудтай холбоотой юм. Энэ тохиолдолд хамгийн бага хязгаарлах давтамжтай шүүлтүүр нь каскадын өмнөх холбоосуудаас үүсэх дуу чимээний түвшинг бууруулдаг тул холбоосуудын дараалал эсрэгээрээ байна.

3. Шүүлтүүр ба хүчдэл дамжуулах функцийн топологийн загвар

3.1 Энэ хэсэгт Баттерворт өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн дарааллыг сонгож, түүний дамжуулах функцын төрлийг техникийн үзүүлэлтэд заасан параметрүүдийн дагуу тодорхойлно.

Зураг 2.1 – Техникийн үзүүлэлтийн дагуу өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн загвар.

Шүүлтүүрийн топологийн загвар.

3.2 Өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрийг хэвийн болгох ажлыг хэрэгжүүлэх

Тодорхойлолтын нөхцөл дээр үндэслэн бид шаардлагатай шүүлтүүрийн давтамжийн хилийн нөхцлийг олдог. Мөн бид үүнийг дамжуулах коэффициент, давтамжаар хэвийн болгодог.

Арааны харьцааны ард:

K max =K 0 -K p =26-23=3дБ

K min =K 0 -K z =26-(-5)=31дБ

Давтамжаар:

3.3 Шаардлагатай шүүлтүүрийн дарааллыг тодорхойлох

n-ийг хамгийн ойрын бүхэл тоонд дугуйлна: n = 3.

Тиймээс загварт заасан шаардлагыг хангахын тулд гуравдахь дарааллын шүүлтүүр хэрэгтэй болно.

3.4 Баттерворт олон гишүүнтийн тодорхойлолт

Баттерворт шүүлтүүрийн хэвийн дамжуулалтын функцүүдийн хүснэгтээс харахад бид Баттервортын гуравдахь олон гишүүнтийг олно.

3.5 Нормалжуулсан шүүлтүүрээс загварчлагдсан өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр рүү урвуу шилжих

Нормчилсан өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрээс зохион бүтээсэн өндөр дамжуулалтын шүүлтүүр рүү урвуу шилжилтийг хийцгээе.

· Дамжуулах коэффициентоор масштаблах:

Давтамжийн масштаб:

Бид орлуулалт хийдэг

Өргөтгөсөн үр дүнд бид W(p) дамжуулах функцийг дараах хэлбэрээр авна.

Зураг 2.2 – Зохион бүтээгдсэн Butterworth өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн давтамжийн хариу.

3.6 Дамжуулах функцээс хэлхээнд шилжих

Гурав дахь эрэмбийн өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрийн дамжуулах функцийг хоёр идэвхтэй эхний ба хоёр дахь дарааллын өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрийн дамжуулах функцын бүтээгдэхүүн гэж төсөөлөөд үз дээ. хэлбэрээр

Тэгээд ,

хязгааргүй өндөр давтамжтай дамжуулах коэффициент хаана байна;

- туйлын давтамж;

– шүүлтүүрийн чанарын хүчин зүйл (давтамж дахь олзыг нэвтрүүлэх зурвас дахь ашигт харьцуулсан харьцаа).

Энэ шилжилт нь шударга учраас ерөнхий дараалалцуваа холбогдсон идэвхтэй шүүлтүүрүүдийн тоо нь тус тусын шүүлтүүрүүдийн дарааллын нийлбэртэй тэнцүү байна (1 + 2 = 3).

Шүүлтүүрийн нийт дамжуулалтын коэффициент (K0 = 19.952) нь бие даасан шүүлтүүрүүдийн (K1, K2) дамжуулах коэффициентүүдийн үржвэрээр тодорхойлогдоно.

Дамжуулах функцийг квадрат хүчин зүйл болгон өргөжүүлснээр бид дараахь зүйлийг олж авна.

Энэ илэрхийлэлд

. (2.5.1)

Дамжуулах функцүүдийн туйлын давтамж, чанарын хүчин зүйлүүд өөр өөр байдгийг анзаарахад хялбар байдаг.

Эхний шилжүүлгийн функцийн хувьд:

туйлын давтамж;

HPF-I-ийн чанарын хүчин зүйл нь тогтмол бөгөөд тэнцүү байна.

Хоёрдахь дамжуулах функцийн хувьд:

туйлын давтамж;

чанарын хүчин зүйл

Үе шат бүрт үйл ажиллагааны өсгөгч нь давтамжийн шинж чанарын хувьд ойролцоогоор ижил шаардлагад нийцэхийн тулд бүх шүүлтүүрийн нийт дамжуулалтын коэффициентийг үе шат бүрийн чанарын хүчин зүйлтэй урвуу харьцаагаар хуваарилахыг зөвлөж байна. ба бүх үе шатуудын дунд хамгийн их шинж чанарын давтамжийг (op-amp-ийн нэгдмэл өсөлтийн давтамж) сонгоно.

Энэ тохиолдолд өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь хоёр каскадаас бүрдэх тул дээрх нөхцөлийг дараах байдлаар бичиж болно.

. (2.5.2)

(2.5.2) илэрхийлэлийг (2.5.1) орлуулснаар бид дараахь зүйлийг олж авна.

;

Дамжуулах коэффициентийг тооцоолох зөв эсэхийг шалгацгаая. Шүүлтүүрийн нийт дамжуулалтын коэффициентийг тухайн шүүлтүүрүүдийн коэффициентүүдийн үржвэрээр тодорхойлогдоно. IdB коэффициентийг хэд хэдэн удаа хөрвүүлье:

Тэдгээр. тооцоо зөв байна.

Дээр тооцсон утгыг харгалзан шилжүүлгийн шинж чанарыг бичье ():

.

3.7 Гурав дахь эрэмбийн идэвхтэй өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрийн хэлхээг сонгох

Даалгаврын дагуу элементүүдийн хазайлтад бага зэрэг мэдрэг байдлыг хангах шаардлагатай тул бид урвуу бус өсгөгч (Зураг 1.2, б) дээр суурилсан HPF-I-ийг эхний шат болгон сонгох бөгөөд хоёр дахь нь - HPF-II нь эсэргүүцэл хувиргагч (ICC) дээр суурилсан бөгөөд диаграммыг Зураг 1.5, b-д үзүүлэв.

Урвуу бус өсгөгч дээр суурилсан HPF-I-ийн хувьд шүүлтүүрийн параметрүүдийн хэлхээний элементүүдийн утгаас хамаарал нь дараах байдалтай байна.

KPS дээр суурилсан HPF-II-ийн хувьд шүүлтүүрийн параметрүүд нь элементүүдийн утгаас дараах байдлаар хамаарна.

; (3.4)

;

4. Хэлхээний элементүүдийн тооцоо

· Эхний шатны тооцоо (HPF I) параметрүүдтэй

Оролтын эсэргүүцлийн утгад тавигдах шаардлагад үндэслэн R1-ийг сонгоё (): R1 = 200 кОм. Дараа нь (3.2) -аас дараах зүйл гарч ирнэ

.

R2 = 10 kOhm-ийг сонгоод (3.1) -ээс дараахь зүйлийг гаргана

· Хоёр дахь шатны тооцоо (HPF II) параметрүүдтэй

. .

Дараа нь (тоологч дахь коэффициентийг стандарт E24 цувралаас хүчин чадлын зэрэглэлийг авахын тулд сонгосон). Тиймээс C2 = 4.3 nF.

(3.3)-аас дараах зүйл гарч байна

(3.1)-ээс ийм зүйл гарч байна

Болъё . Тиймээс C1 = 36 nF.

Хүснэгт 4.1 – Шүүлтүүрийн элементийн үнэлгээ

Хүснэгт 4.1-ийн өгөгдлөөс бид шүүлтүүрийн хэлхээг загварчилж эхэлж болно.

Бид үүнийг хийдэг тусгай хөтөлбөрАжлын ширээ 5.0.

Диаграмм болон загварчлалын үр дүнг Зураг 4.1-д үзүүлэв. ба Зураг 4.2, a-b.

Зураг 4.1 – Гурав дахь эрэмбийн Баттерворт өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн хэлхээ.

Зураг 4.2 – Шүүлтүүрийн үр дүнгийн давтамжийн хариу (a) ба фазын хариу үйлдэл (b).

5. Боловсруулсан шүүлтүүрийг тохируулах, зохицуулах арга зүй

руу жинхэнэ шүүлтүүрШаардлагатай давтамжийн хариу урвалыг хангаж, эсэргүүцэл ба багтаамжийг маш нарийвчлалтай сонгох ёстой.

Хэрэв резисторыг 1% -иас ихгүй хүлцэлтэйгээр авбал үүнийг хийхэд маш хялбар бөгөөд конденсаторын хувьд илүү хэцүү байдаг, учир нь тэдгээрийн хүлцэл нь 5-20% байдаг. Үүнээс болж эхлээд багтаамжийг тооцоолж, дараа нь резисторуудын эсэргүүцлийг тооцоолно.

5.1 Конденсаторын төрлийг сонгох

· Бид бага давтамжийн төрлийн конденсаторыг хямд үнээр сонгох болно.

Жижиг хэмжээс, конденсаторын жин шаардлагатай

· Та аль болох бага алдагдалтай (жижиг диэлектрик алдагдлын тангенстай) конденсаторуудыг сонгох хэрэгтэй.

K10-17 бүлгийн зарим параметрүүд (авсан):

Хэмжээ, мм.

Жин, g0.5…2

Хүчин чадлын зөвшөөрөгдөх хазайлт,%

Алдагдал тангенс0.0015

Тусгаарлагчийн эсэргүүцэл, MOhm1000

Ашиглалтын температурын хүрээ, – 60…+125

5.2 Эсэргүүцлийн төрлийг сонгох

· Зохион бүтээсэн шүүлтүүрийн хэлхээний хувьд бага температурын хамаарлыг хангахын тулд хамгийн бага TCR бүхий резисторуудыг сонгох шаардлагатай.

· Сонгосон резисторууд нь хамгийн бага дотоод багтаамж ба индукцтай байх ёстой тул бид утасгүй төрлийн резисторыг сонгоно.

· Гэхдээ утасгүй резисторууд нь гүйдлийн дуу чимээ ихтэй байдаг тул резисторуудын өөрийн дуу чимээний түвшний параметрийг мөн харгалзан үзэх шаардлагатай.

C2-29V төрлийн нарийн резисторууд нь заасан шаардлагыг хангасан (параметрүүдийг авсан):

Нэрлэсэн хүч, Вт 0.125;

Нэрлэсэн эсэргүүцлийн хүрээ, Ом;

TKS (температурын мужид),

TKS (температурын мужид ),

Дотоод дуу чимээний түвшин, μV/V1…5

Хамгийн их ажиллах хүчдэл DC

ба AC, V200

5.3 Ашиглалтын өсгөгчийн төрлийг сонгох

· Бодит оп-ампер нь хязгаарлагдмал зурвасын өргөнтэй байдаг тул op-amp сонгохдоо гол шалгуур нь давтамжийн шинж чанар юм. Op-amp-ийн давтамжийн шинж чанар нь зохион бүтээсэн шүүлтүүрийн шинж чанарт нөлөөлөхгүй байхын тулд i-р үе шатанд op-amp-ийн нэгдмэл олз давтамжийн хувьд дараахь хамаарлыг хангасан байх шаардлагатай.

Эхний каскадын хувьд: .

Хоёр дахь каскадын хувьд: .

Илүү том утгыг сонгосноор бид op-amp-ийн нэгдмэл өсөлтийн давтамж 100 KHz-ээс багагүй байх ёстойг олж мэдсэн.

· op-amp олз хангалттай их байх ёстой.

· Хэрэв мэдэгдэж байгаа бол op-amp-ийн тэжээлийн хүчдэл нь тэжээлийн хангамжийн хүчдэлтэй тохирч байх ёстой. Үгүй бол өргөн хүрээний тэжээлийн хүчдэл бүхий op-amp сонгох нь зүйтэй.

· Олон шатлалт өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрт оп-ампер сонгохдоо хамгийн бага офсет хүчдэлтэй op-amp сонгох нь дээр.

Лавлах номын дагуу бид 301.8-2 төрлийн орон сууцанд бүтцийн хувьд хийгдсэн 140UD6A төрлийн op-amp-ийг сонгох болно. Энэ төрлийн оролтын өсгөгч нь ачааллын богино залгааны үед дотоод давтамжийн залруулга, гаралтын хамгаалалт бүхий ерөнхий зориулалтын OP amp-үүд бөгөөд дараах параметрүүдтэй байна.

Нийлүүлэлтийн хүчдэл, V

Нийлүүлэлтийн хүчдэл, V

Одоогийн хэрэглээ, мА

Офсет хүчдэл, мВ

Оп-ампер хүчдэлийн өсөлт

Нэгдсэн олз давтамж, МГц1

5.4 Боловсруулсан шүүлтүүрийг тохируулах, тохируулах аргачлал

Энэ шүүлтүүрийг тохируулах нь тийм ч хэцүү биш юм. Давтамжийн хариу урвалын параметрүүдийг бие биенээсээ хамааралгүйгээр эхний болон хоёр дахь шатны резисторуудыг ашиглан "тохируулж" хийдэг бөгөөд нэг шүүлтүүрийн параметрийн тохируулга нь бусад параметрүүдийн утгад нөлөөлөхгүй.

Тохиргоог дараах байдлаар гүйцэтгэнэ.

1. Олзыг эхний шатны R2, хоёрдугаар шатны R5 резистороор тогтооно.

2. Эхний шатны туйлын давтамжийг резистор R1, хоёрдугаар шатны туйлын давтамжийг R4 резистороор тохируулна.

3. Хоёр дахь шатны чанарын хүчин зүйл нь R8 резистороор зохицуулагддаг боловч эхний шатны чанарын хүчин зүйл нь тохируулагдах боломжгүй (элементийн аль ч утгын хувьд тогтмол).

Энэхүү курсын ажлын үр дүн нь өгөгдсөн шүүлтүүрийн хэлхээг олж авах, тооцоолох явдал юм. Техникийн үзүүлэлтэд өгөгдсөн параметрүүдтэй Баттервортын олон гишүүнт давтамжийн шинж чанарыг ойролцоолсон өндөр дамжуулалтын шүүлтүүр нь гуравдахь зэрэглэлийн бөгөөд хоёр үе шаттай холбогдсон өндөр дамжуулалтын нэгдүгээр зэрэглэлийн шүүлтүүр юм (хувирдаггүй өсгөгч дээр суурилсан) ) ба хоёр дахь дараалал (эмпеданс хувиргагч дээр суурилсан). Уг хэлхээнд гурван үйлдлийн өсгөгч, найман резистор, гурван конденсатор орно. Энэ хэлхээнд тус бүр 15 В-ын хоёр тэжээлийн эх үүсвэр ашигладаг.

Ерөнхий шүүлтүүрийн үе шат бүрийн хэлхээг сонгохдоо шүүлтүүрийн хэлхээ бүрийн давуу болон сул талуудыг харгалзан техникийн үзүүлэлтүүдийн үндсэн дээр (элементүүдийн утгын хазайлтыг бага мэдрэмтгий байлгах) хийсэн. ерөнхий шүүлтүүрийн үе шат болгон ашигладаг.

Хэлхээний элементүүдийн утгыг стандарт нэрлэсэн E24 цувралд аль болох ойртуулах, мөн шүүлтүүрийн үе шат бүрийн оролтын хамгийн өндөр эсэргүүцэлтэй байхаар сонгож, тооцоолсон.

ElectronicsWorkbench5.0 багцыг ашиглан шүүлтүүрийн хэлхээг загварчилсны дараа (Зураг 5.1) техникийн үзүүлэлтэд (Зураг 2.2) өгөгдсөн шаардлагатай параметрүүдийг агуулсан давтамжийн шинж чанарыг олж авсан (Зураг 5.2).

Энэхүү хэлхээний давуу талууд нь шүүлтүүрийн бүх параметрүүдийг тохируулахад хялбар, үе шат бүрийг тусад нь тохируулах, элементүүдийн нэрлэсэн утгаас хазайхад бага мэдрэмжтэй байдаг.

Сул тал нь шүүлтүүрийн хэлхээнд гурван үйлдлийн өсгөгч ашиглах ба үүний дагуу түүний өртөг нэмэгдсэн, түүнчлэн харьцангуй бага оролтын эсэргүүцэл (50 кОм) юм.

Ашигласан уран зохиолын жагсаалт

1. Зеленин A.N., Kostromitsky A.I., Bondar D.V. – Ашиглалтын өсгөгч дээрх идэвхтэй шүүлтүүрүүд. – Х.: Телетек, 2001. хэвлэл. хоёрдугаарт, зөв. болон нэмэлт – 150 х.: өвчтэй.

2. Резистор, конденсатор, трансформатор, багалзуур, шилжүүлэгч төхөөрөмж REA: Лавлагаа/Н.Н. Акимов, Е.П. Вашуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. – Мн.: Беларусь, 2004. – 591 х.: өвчтэй.

Аналог нэгдсэн хэлхээ: Лавлагаа / A.L. Булычев, В.И. Галкин, 382 х.: В.А. Прохоренко. – 2-р хэвлэл, шинэчилсэн. болон нэмэлт - Mn.: Беларусь, 1993. - хараал ид.

Хичээлийн сэдэв 28: Цахилгаан шүүлтүүрийн ангилал.

28.1 Тодорхойлолт.

Цахилгаан давтамжийн шүүлтүүр нь зарим давтамжийн гүйдлийг бага унтаралттай (3 дБ унтарсан), бусад давтамжийн гүйдлийг өндөр унтаралттай (30 дБ) сайн дамжуулдаг дөрвөн порттой сүлжээ юм.

Бага зэрэг сулрах давтамжийн мужийг нэвтрүүлэх зурвас гэж нэрлэдэг.

Унтралт их байх давтамжийн хүрээг зогсоох зурвас гэж нэрлэдэг.

Эдгээр зураасны хооронд шилжилтийн туузыг нэвтрүүлсэн.

Цахилгаан шүүлтүүрийн гол шинж чанар нь үйл ажиллагааны унтралт нь давтамжаас хамааралтай байдаг.

Энэ шинж чанарыг давтамжийн бууралтын шинж чанар гэж нэрлэдэг.

- ажлын унтралт 3 дБ байх үед таслах давтамж.

- шүүлтүүрийн механик үзүүлэлтээр тогтоосон зөвшөөрөгдөх сулралт.

- зөвшөөрөгдөх сулралд тохирсон давтамж.

PP нэвтрүүлэх зурвас - давтамжийн хүрээ
дБ.

PB - зогсоох зурвас - үйл ажиллагааны сулрал нь зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс их байх давтамжийн хүрээ.

28.2 Ангилал

1
Дамжуулах өргөний байршлаар:

a) LPF - бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр - бага давтамжийг дамжуулж, өндөр давтамжийг хойшлуулдаг.

Энэ нь холбооны хэрэгсэлд (ТВ хүлээн авагч) ашиглагддаг.

б
) HPF - өндөр давтамжийн шүүлтүүр - өндөр давтамжийг дамжуулж, бага давтамжийг хойшлуулдаг.

В
) PF - bandpass шүүлтүүрүүд - зөвхөн тодорхой давтамжийн зурвасыг дамжуулдаг.

Г
) SF - ховил эсвэл блоклох шүүлтүүрүүд - зөвхөн тодорхой давтамжийн зурвасыг дамжуулдаггүй, үлдсэн хэсгийг нь дамжуулдаг.

2 Элемент суурийн дагуу:

a) LC шүүлтүүр (идэвхгүй)

б) RC шүүлтүүр (идэвхгүй)

в) идэвхтэй ARC шүүлтүүрүүд

г) тусгай төрлийн шүүлтүүрүүд:

Пьезоэлектрик

Соронзон чангаруулагч

3 Математикийн тусламжийн хувьд:

А
) Баттерворт шүүлтүүр. Үйл ажиллагааны сулралтын шинж чанар
f=0 давтамжтай үед 0 утгатай байх ба дараа нь монотон нэмэгдэнэ. Дамжуулах зурваст энэ нь хавтгай шинж чанартай байдаг - энэ нь давуу тал юм, гэхдээ зогсоох зурваст энэ нь эгц биш - энэ нь сул тал юм.

б) Чебышев шүүлтүүрүүд. Илүү эгц шинж чанарыг олж авахын тулд Чебышев шүүлтүүрийг ашигладаг боловч нэвтрүүлэх зурваст "долгион" байдаг нь сул тал юм.

в) Золотарев шүүлтүүр. Үйл ажиллагааны сулралтын шинж чанар
нэвтрүүлэх зурваст энэ нь долгионтой, зогсоох зурваст шинж чанарын бууралттай байдаг.

Хичээлийн сэдэв 29: Бага болон өндөр нэвтрүүлэх Баттерворт шүүлтүүр.

29.1 Баттерворт Л.Ф.

Баттерворт дараах сулралтын томъёог санал болгосон.

,дБ

Хаана
- Баттерворт функц (хэвийн давтамж)

n – шүүлтүүрийн дараалал

Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн хувьд
, Хаана - хүссэн давтамж

- таслах давтамж нь тэнцүү байна

Энэ шинж чанарыг хэрэгжүүлэхийн тулд L ба C шүүлтүүрийг ашигладаг.

"Хамгийн тохиромжтой" шүүлтүүр ба коэффициентийг ε утгаар өөрчилсөн шүүлтүүрүүдийн давтамжийн хариу урвалыг зурагт үзүүлэв.

Индукцийг ачаалалтай цувралаар байрлуулна, учир нь
мөн өсөлттэй нэмэгддэг
Тиймээс бага давтамжийн гүйдэл нь индукцийн эсэргүүцэлээр амархан дамжих ба өндөр давтамжийн гүйдэл хойшлогдож, ачаалалд хүрэхгүй.

Конденсаторыг ачаалалтай зэрэгцээ байрлуулна, учир нь
, тиймээс конденсатор нь өндөр давтамжийн гүйдлийг сайн дамжуулж, доод гүйдлийг муу дамжуулдаг. Өндөр давтамжийн гүйдэл нь конденсатороор хаагдах ба бага давтамжийн гүйдэл нь ачаалал руу шилжинэ.

Шүүлтүүрийн хэлхээ нь ээлжлэн L ба C-ээс бүрдэнэ.

Баттерворт бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр 3-р зэрэглэлийн T хэлбэртэй

Баттерворт бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр. 3-р зэрэглэлийн U хэлбэртэй.

Баттерворт шүүлтүүр

Butterworth Low Pass шүүлтүүр дамжуулах функц n-захиалга нь дараах илэрхийллээр тодорхойлогддог.

Баттерворт шүүлтүүрийн далайц-давтамжийн хариу үйлдэл нь дараахь шинж чанартай байдаг.

1) Ямар ч дарааллаар nдавтамжийн хариуны утга

2) таслах давтамж дээр u = u s

Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн давтамжийн хариу давтамж нэмэгдэх тусам монотон буурдаг. Ийм учраас Баттерворт шүүлтүүрийг хавтгай шүүлтүүр гэж нэрлэдэг. Зураг 3-т 1-5 эрэмбийн Butterworth бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрүүдийн далайц-давтамжийн шинж чанарын графикуудыг үзүүлэв. Шүүлтүүрийн дараалал өндөр байх тусам хамгийн тохиромжтой нам дамжуулалтын шүүлтүүрийн давтамжийн хариуг илүү нарийвчлалтай тооцох нь ойлгомжтой.

Зураг 3 - 1-ээс 5 хүртэлх дарааллын бага дамжуулалттай Баттерворт шүүлтүүрийн давтамжийн хариу

Зураг 4-т Баттерворт өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн хэлхээний хэрэгжилтийг харуулав.

Зураг 4 - Баттерворт HPF-II

Баттерворт шүүлтүүрийн давуу тал нь нэвтрүүлэх зурвасын давтамжид хамгийн жигд давтамжийн хариу үйлдэл бөгөөд зогсоох зурвасын давтамж дээр бараг тэг болж буурах явдал юм. Баттерворт шүүлтүүр нь өндөр түвшний давтамжийн хариу урвалын хэлбэрийг хадгалдаг цорын ганц шүүлтүүр юм (дарангуйлах зурвас дахь шинж чанарын огцом гулсалтыг эс тооцвол), бусад олон төрлийн шүүлтүүрүүд (Бессел шүүлтүүр, Чебышев шүүлтүүр, эллипс шүүлтүүр) нь янз бүрийн дарааллаар давтамжийн хариу урвалын өөр өөр хэлбэртэй байдаг.

Гэсэн хэдий ч I, II төрлийн Чебышев шүүлтүүр эсвэл эллипс шүүлтүүртэй харьцуулахад Баттерворт шүүлтүүр нь илүү тэгшхэн өнхрөх шинж чанартай тул илүү өндөр дарааллаар (хэрэгжүүлэхэд илүү хэцүү) байх ёстой. шаардлагатай шинж чанарууддарах зурвасын давтамжууд дээр.

Чебышев шүүлтүүр

Чебышев шүүлтүүрийн дамжуулах функцын квадрат модулийг дараах илэрхийллээр тодорхойлно.

Чебышевын олон гишүүнт хаана байна. Чебышев шүүлтүүрийн дамжуулах функцын модуль нь тэг болсон давтамжуудын нэгдэлтэй тэнцүү байна.

Чебышев шүүлтүүрийг ихэвчлэн шаардлагатай давтамжийн хариу урвалын шинж чанарыг хангахын тулд жижиг дарааллын шүүлтүүр ашиглах шаардлагатай бол, тухайлбал дарах зурвасын давтамжийг сайн дарах, нэвтрүүлэх зурвасын давтамжийн давтамжийн хариу урвалын жигд байдлыг хангахад ашигладаг. дарах тууз нь тийм ч чухал биш юм.

I ба II төрлийн Чебышев шүүлтүүрүүд байдаг.

Эхний төрлийн Чебышев шүүлтүүр. Энэ бол Чебышев шүүлтүүрийн илүү түгээмэл өөрчлөлт юм. Ийм шүүлтүүрийн нэвтрүүлэх зурваст долгионууд харагдах бөгөөд далайц нь долгионы экспонентээр тодорхойлогддог e. Аналог Чебышевын цахим шүүлтүүрийн хувьд түүний дараалал нь түүнийг хэрэгжүүлэхэд ашигласан реактив бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоотой тэнцүү байна. Шүүлтүүрийн дамжуулалтын функцэд цогцолбор хавтгай дахь төсөөллийн тэнхлэгт тэг нэмэх замаар зөвхөн нэвтрүүлэх зурваст төдийгүй дарах зурваст долгион үүсэхийг зөвшөөрснөөр шинж чанарын огцом бууралтыг олж авч болно. Гэсэн хэдий ч энэ нь зогсоох зурвас дахь үр дүнтэй дарангуйлал багатай үр дүнд хүргэнэ. Үүссэн шүүлтүүр нь эллипс шүүлтүүр бөгөөд үүнийг Cauer шүүлтүүр гэж нэрлэдэг.

Дөрөв дэх дарааллын эхний төрлийн Чебышевын бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвалыг Зураг 5-т үзүүлэв.

Зураг 5 - Дөрөвдүгээр эрэмбийн нэгдүгээр төрлийн Чебышевын бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвал

II төрлийн Чебышев шүүлтүүр (урвуу Чебышев шүүлтүүр) нь далайцын шинж чанар бага огцом буурдаг тул бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоог нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг тул I төрлийн Чебышев шүүлтүүрээс бага ашиглагддаг. Энэ нь нэвтрүүлэх зурваст долгионгүй боловч дарах зурваст байдаг.

Дөрөвдүгээр эрэмбийн хоёр дахь төрлийн Чебышевын бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвалыг Зураг 6-д үзүүлэв.

Зураг 6 - II төрлийн Чебышевын бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн давтамжийн хариу

Зураг 7-д 1 ба 2-р зэрэглэлийн Чебышевын өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрүүдийн хэлхээний хэрэгжилтийг харуулав.

Зураг 7 - Чебышевын өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр: a) 1-р захиалга; б) II дараалал

Чебышев шүүлтүүрийн давтамжийн шинж чанарууд:

1) Дамжуулах зурваст давтамжийн хариу нь тэнцүү долгионы шинж чанартай байна. Интервал дээр (-1?sch?1) байна nфункц хамгийн ихдээ 1 буюу хамгийн бага утгад хүрэх цэгүүд. Хэрэв n нь сондгой бол n нь тэгш бол;

2) хязгаарын давтамж дахь Чебышев шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвалын утга тэнцүү байна

3) Функц нь монотон буурч, тэг болох хандлагатай үед.

4) e параметр нь нэвтрүүлэх зурвас дахь Чебышев шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвалын тэгш бус байдлыг тодорхойлдог.

Баттерворт ба Чебышев шүүлтүүрүүдийн давтамжийн хариу урвалын харьцуулалтаас харахад Чебышев шүүлтүүр нь ижил дарааллын Баттерворт шүүлтүүртэй харьцуулахад дамжуулалтын зурваст илүү их унтардаг болохыг харуулж байна. Чебышев шүүлтүүрийн сул тал нь тэдгээрийн нэвтрүүлэх зурвас дахь фазын давтамжийн шинж чанар нь шугаман шүүлтүүрээс эрс ялгаатай байдаг.

Баттерворт, Чебышев шүүлтүүрүүдийн хувьд янз бүрийн дарааллын шилжүүлгийн функцүүдийн туйлын координат ба коэффициентийг харуулсан нарийвчилсан хүснэгтүүд байдаг.

Заавар