Создание фильтров сигналов в среде графического программирования Multisim. Изучение их основных характеристик

При реализации ФВЧ Т - и П - структур, номинальные величины параметров катушек индуктивности и конденсаторов в схеме определяют, учитывая коэффициенты номинальных величин схемных элементов относительно исходной Г - структуры для схемы фильтра соответствующей структуры (рисунок 2, рисунок 3). При этом необходимо учитывать правила определения параметров конденсаторов и катушек индуктивности при их последовательном и параллельном соединении для сохранения неизменными расчетных параметров элементов исходной Г - структуры.

 

6 Порядок выполнения работы

При выполнении работы рекомендуется следующая последовательность действий:

• в соответствии с вариантом задания (см. приложение А, приложение Б) определить исходные данные для расчета фильтра;
• произвести расчет значений параметров элементов фильтра Г - структуры;
• пересчитать параметры элементов для фильтра необходимой структуры;
• привести величину параметров элементов фильтра, имеющих шкалу номинальных значений параметров, в соответствие стандартному ряду номиналов Е24 (см. приложение В);
• произвести расчет нового значения частоты среза фильтра;
• определить абсолютную и относительную погрешности полученной частоты среза;
• произвести моделирование рассчитанного фильтра с помощью программы Electronics Workbench, Interactive Image Technologies Ltd; или ей подобной (пример модели RC - фильтра приведен в приложении Г); при моделировании схемы LC - фильтра к нему (вход, выход) необходимо подключить резисторы с сопротивлением равным его характеристическому сопротивлению;
• измерить АЧХ фильтра, изменяя частоту входного синусоидального сигнала при его неизменном уровне (напряжении) и измеряя для каждого значения частоты входного сигнала уровень выходного сигнала (напряжения); при этом произвести измерения не менее чем в семи точках;
• выполнить принципиальную электрическую схему фильтра в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД (перечень элементов выполнить на одном листе со схемой, параметры элементов указывать в соответствии с приведением к ряду Е24).

 

7 Структура пояснительной записки

 

Пояснительная записка по расчетно-графической работе должна включать:

• содержание (здесь же привести основную надпись для первого листа текстового документа, а на остальных листах - надпись для последующих листов);
• введение, в котором кратко излагается материал о назначении фильтров и принципе их действия;
• исходные данные для расчета конкретного типа фильтра в соответствии с вариантом задания;
• рисунок, на котором должна быть приведена электрическая схема (модель) конкретного фильтра, соответствующего заданию (исходная Г - структура и заданная структура с соответствующими соотношениями параметров элементов);
• рисунок с видом идеальной амплитудно-частотной характеристики рассчитываемого типа фильтра;
• расчеты параметров элементов фильтра;
• расчеты погрешности частоты среза (абсолютной и относительной), после замены расчетных параметров элементов фильтра на ближайшие реальные, выбранных из ряда стандартных номиналов Е24;
• результаты моделирования фильтра, произведенного с помощью программы Electronics Workbench, Interactive Image Technologies Ltd; или ей подобной (реальная амплитудно-частотная характеристика фильтра, полученная при его моделировании);
• выводы по результатам выполненной работы;
• принципиальная электрическая схема фильтра с перечнем элементов, выполненная в соответствии со стандартами ЕСКД (вынести в приложение);
• список использованных источников.

 

Пояснительная записка должна выполняться в соответствии с требованиями соответствующих стандартов на оформление текстовых документов на листах белой бумаги формата А4.

Схема с перечнем элементов приводится в обязательном приложении к пояснительной записке.

При этом необходимо учесть, что поскольку схема электрическая принципиальная является самостоятельным документом, выполняемом на листе соответствующего формата, надпись "Приложение А - Схема электрическая принципиальная фильтра ..." делается на отдельном листе, который вставляется в пояснительную записку перед самой схемой и нумеруется в соответствии со страницами пояснительной записки как лист приложения.

 

8 Рекомендации по выполнению работы

При выполнении расчетов необходимо помнить, что величины всех параметров, входящих в формулы выражаются в системе СИ.

Оформлять пояснительную записку и выполнять принципиальную электрическую схему фильтра следует в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД .

 

8.1 Принципиальная электрическая схема

Принципиальная электрическая схема определяет полный состав элементов устройства и связи между ними, дает детальное представление о принципах работы устройства (изделия).

На ней изображают все электрические элементы или устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также все элементы (соединители, зажимы, гнезда и т. п.), которыми начинаются и заканчиваются входные и выходные цепи.

Ниже приводятся некоторые основные правила и рекомендации из тех, которые необходимо учитывать при оформлении принципиальных электрических схем:

• схемы выполняются для изделий, находящихся в отключенном состоянии;
• элементы схем показывают условными графическими изображениями (УГО), установленными стандартами ЕСКД;
• неиспользуемые части элемента на схеме допускается не показывать;
• на схеме указывают характеристики входных и выходных цепей изделия, а также параметры, подлежащие измерению на контрольных контактах, гнездах и т.п. (частоту, напряжение, силу тока, сопротивление и т.п.).
• допускается указывать адреса внешних соединений входных и выходных цепей данного изделия, если они известны;
• характеристики входных и выходных цепей, а также адреса их внешних подключений рекомендуется записывать в таблицы, помещаемые вместо УГО входных и выходных элементов - соединителей, плат и т.д., при этом таблицам присваивают позиционные обозначения элементов, которые они заменяют;
• на поле схемы допускается помещать указания о марках, сечениях и разметках проводов и кабелей, соединяющих элементы, устройства, функциональные группы; указания о специфических требованиях к электрическому монтажу данного изделия.

 

8.2 Позиционные обозначения

Всем элементам, устройствам и функциональным группам изделия, изображенным на схеме, присваиваются позиционные обозначения, содержащие информацию о виде элемента (устройства, функциональной группы) и его порядковом номере в пределах данного вида.

Позиционное обозначение состоит из трех частей, имеющих самостоятельное смысловое значение. Их записывают без разделительных знаков и пробелов одним размером шрифта.

В первой части указывают вид элемента (устройства, функциональной группы) одной или несколькими буквами согласно ГОСТ 2.710-81, причем, если для данного элемента существует двухбуквенный код, то его необходимо использовать.

Например:

C - конденсатор;

D - микросхема (общее обозначение);

DA - аналоговая микросхема;

DD - цифровая микросхема;

L - катушка индуктивности;

R - резистор (общее обозначение);

RK - терморезистор;

RU - варистор;

X - соединения контактные (общее обозначение);

XP - штыревая часть контактного соединения (вилка);

XS - гнездовая часть контактного соединения (розетка);

Во второй части указывают порядковый номер элемента (устройства, функциональной группы) в пределах данного вида, например: C1, C2,..., C25 L1, L2,..., L17 R1, R2,..., R12

В третьей части допускается указывать соответствующее функциональное обозначение, если в этом есть необходимость.

Порядковые номера присваивают, начиная с единицы, в пределах группы с одинаковыми позиционными обозначениями в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме, считая сверху вниз и в направлении слева направо.

Позиционные обозначения проставляют рядом с УГО элементов с правой стороны или над ними.

При изображении на схеме элемента (устройства, функциональной группы) разнесенным способом позиционные обозначения элемента или устройства проставляют около каждой составной части. Позиционные обозначения в этом случае выглядят следующим образом:

DA1.1, DA1.2, DA1.5 - в схеме присутствует аналоговая микросхема, состоящая из пяти одинаковых, независимых и не связанных функционально электрических частей, конструктивно находящихся в одном корпусе.

 

8.3 Перечень элементов

Все сведения об элементах и устройствах, изображенных на схеме изделия, записывают в перечень элементов. Для каждого элемента или устройства необходимо указать следующие сведения:

• позиционное обозначение;
• наименование элемента (устройства) в соответствии с документом, на основании которого он применен;
• обозначение этого документа (основной конструкторский документ, государственный стандарт, технические условия), для функциональной группы - наименование;
• количество элементов;
• дополнительная информация, необходимая для правильного применения соответствующего элемента (устройства).

В соответствии с требованиями стандартов ЕСКД перечень элементов обязателен для каждой схемы.

Перечень элементов может быть размещен непосредственно на первом листе схемы над основной надписью на расстоянии, регламентированном стандартом, или выполнен в виде самостоятельного документа на листах формата А4 с основной надписью для текстовых документов по форме 2 или 2а ГОСТ 2.104-68. Перечень элементов выполняется в виде таблицы и заполняется сверху вниз.

Связь между УГО и перечнем элементов осуществляется через позиционные обозначения.

При заполнении перечня элементов, элементы записывают по группам (видам) в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений, располагая по возрастанию порядковых номеров в пределах каждой группы, а при цифровых обозначениях - в порядке их возрастания.

Перечень элементов записывают в спецификацию изделия после схемы, к которой он выпущен.

Пример заполнения перечня элементов приведен в приложении Д.

 

 

Варианты заданий для выполнения практической работы

(RC - фильтры)

Исходные данные для расчета пассивных RC - фильтров определяются студентом по таблице А.1. Номер варианта выдается преподавателем.

 

Таблица А.1

Варианты заданий (RC - фильтры)

Вариант	Тип фильтра		Структура фильтра			С, нФ	R, кОм	fc, кГц
		ФНЧ	ФВЧ	Г	Т				П
1	*		*			33,7		5,4
2		*		*			2,74	2,4
3	*				*	51,8		3,9
4		*	*				3,25	3,4
5	*			*		75,9		2,5
6		*			*		1,25	1,1
7	*		*			91,2		2,5
8		*		*			3,67	3,3
9	*				*	43,5		2,7
10		*		*			5,64	1,2
11	*		*			62,1		1,3
12		*		*			4,57	1,7
13	*				*	82,3		1,4
14		*	*				3,38	1,2
15	*			*		39,1		4,4
16		*			*		4,39	5,7
17	*		*			47,2		1,5
18		*		*			5,14	3,7
19		*			*	56,5		1,3
20	*		*				1,21	2,7
21		*		*		68,6		3,2
22	*		*				3,54	4,1
23		*		*		43,1		2,8
24	*				*		4,27	4,2
25		*			*	56,8		4,3
26	*			*			3,91	2,7
27		*	*			43,7		1,2
28	*		*				5,65	3,8
29		*		*		75,7		3,9
30	*				*		2,21	3,3

 

Варианты заданий для выполнения практической работы

(LC - фильтры)

Исходные данные для расчета пассивных LC - фильтров определяются студентом по таблице Б.1. Номер варианта выдается преподавателем.

 

Таблица Б.1

Варианты заданий (LC - фильтры)

Вариант	Тип фильтра		Структура фильтра			fc, кГц	с, кОм
		ФНЧ	ФВЧ	Г	Т			П
1	*		*			5,4	0,567
2		*		*		2,4	0,345
3	*				*	3,9	0,347
4		*	*			3,4	0,235
5	*			*		2,5	0,765
6		*			*	1,1	0,457
7	*		*			2,5	0,734
8		*		*		3,3	0,235
9	*				*	2,7	0,567
10		*		*		1,2	0,987
11	*		*			1,3	0,456
12		*		*		1,7	0,234
13	*				*	1,4	0,345
14		*	*			1,2	0,543
15	*			*		4,4	0,356
16		*			*	5,7	0,456
17	*		*			1,5	0,234
18		*		*		3,7	0,157
19		*			*	1,3	0,543
20	*		*			2,7	0,678
21		*		*		3,2	0,267
22	*		*			4,1	0,459
23		*		*		2,8	0,235
24	*				*	4,2	0,543
25		*			*	4,3	0,235
26	*			*		2,7	0,723
27		*	*			1,2	0,456
28	*		*			3,8	0,789
29		*		*		3,9	0,890
30	*				*	3,3	0,357