6 | 24.12 | 0.041 | 8.82 | 0.20 | 6.46 | 1.24

23.10 Структура фільтрів третього порядку

С1=m1CO; R1=RO/m1

С2=m2CO; R2=RO/m2

С3=m3CО; R3=RO/m3.

У смузі пропускання коефіцієнт передачі ланки третього біля рівний 0,5.

Використовуючи ФНЧ та ФВЧ з каскадним ввімкненням (рисунок 3.10), одержують смуго-пропускаючий фільтр. Крутизна АЧХ такого фільтра визначається порядком вибраних ФНЧ та ФВЧ.

Смугу пропускання можна розширити, здійснюючи рознесення граничних частот ФВЧ та ФНЧ. Однак при цьому погіршується рівномірність коефіцієнта передачі в межах смуги пропускання.

23.11 Розрахунок активного RC- фільтра

Згідно завдання на курсове проектування визначаємо, що необхідно розрахувати смуговий фільтр, так як граничні частоти fн =70 Гц і fв =80 Гц.

Для розрахунку маємо наступні вихідні дані:–

граничні частоти: –

частоти зрізу:

Крутизна АЧХ – АS=20 дБ, нерівномірність АЧХ – ДАS=0,5 дБ.

Побудуємо АЧХ фільтра.

Рисунок 2.1–Амплітудно-частотна характеристика смугового фільтра

Для смугового фільтра визначаємо резонансну частоту f0 :

;

;

Знаходимо приведену частоту:

.

Використовуючи формулу для фільтра Батерворта, знайдемо порядок фільтра:

.

Отже приймаємо за Батервортом порядок фільтра n=3.

Визначаємо порядок фільтра Чебишева:

Отже порядок фільтру за Чебишевим n=2.

В результаті проведення розрахунків вибираємо фільтр Батерворта третього порядку. Для отримання смугового фільтра використовуємо каскадне ввімкнення фільтра третього порядку нижніх частот та фільтра третього порядку верхніх частот.

Рисунок 2.2 – Схема ФНЧ третього порядку

Рисунок 2.2 – Схема ФВЧ третього порядку

Розраховуємо елементи фільтра нижніх частот(ФНЧ). Приймаємо R1=R2=R3=R4=30кОм. Визначаємо розрахункову ємність С0 :

Із таблиць вибираємо розрахункові коефіцієнти :

m1=2,37; m2=2,59; m3=0,32;

Тоді

Номінальні значення ємностей вибираємо із стандартного ряду Е24:

С1=0,16мкФ; С2=0,18мкФ; С3=0,022мкФ;

Розраховуємо елементи фільтра верхніх частот(ФВЧ). Приймаємо С4=C5=C6=C7=0,15мкФ. Визначаємо розрахункове значення опору R0 :

Тоді

Номінальні значення резисторів вибираємо із стандартного ряду Е24:

R6=6,2кОм; R7=5,6кОм; R8=47кОм;

Для реалізації принципової схеми використовуємо наступні типи елементів:

резистори постійні типу МЛТ 0,125 Вт;

конденсатори постійної ємності типу КМ-4;

операційні підсилювачі серії К140УД6.

Параметри операційного підсилювача:

мінімальний коефіцієнт підсилення К=50000;

напруга живлення (5 20)В;

струм живлення 4 мА;

максимальна амплітуда вихідної напруги Uвих=12 В.

24. Вибір і розрахунок аналого-цифрового перетворювача

Під аналого-цифровими перетворювачами (АЦП) розуміють пристрої, що дозволяють здійснити перехід від інформації в аналоговій формі до інформації в цифровій формі. Ці перетворювачі широко використовують для введення в ЕОМ аналогових даних, при цифровому вимірюванні аналогових сигналів, для переходу до цифрових сигналів в системах автоматичного регулювання і управління. Разом з ЦАП дані перетворювачі використовуються в мікропроцесорних пристроях.

В більшості цифрових систем на входах діють аналогові сигнали, які змінюються безперервно між двома рівнями напруг. Виконавчі органи, як правило, також реагують на аналогові сигнали. Для перетворення аналогового сигналу використовують шифратор, який перетворює вхідну напругу в цифровий код. Такий шифратор називається аналого-цифровим перетворювачем (АЦП). Таким чином АЦП перетворює аналогову інформацію в цифрову. Дешифратор цифрового коду перетворює цифрову інформацію, одержувану від процесора, в аналоговий вихідний сигнал. Цей дешифратор називають цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП). АЦП та ЦАП відносяться до інтерфейсних пристроїв мікропроцесорних систем.

В мікроелектронних АЦП вхідним сигналом є напруга, вихідним – відповідне йому значення цифрового коду. В перетворювачах відбувається квантування вхідної напруги на кінцеве число дискретних рівнів.

При перетворенні напруга (аналогова величина) представляється рядом дискретних значень, кожне з яких перетворюється в код. Інтервал часу, через який визначається значення напруги, є періодом дискретизації. Цей період вибирається, виходячи з необхідності забезпечити час для процесу обробки сигналу (вимірювання) і не втратити інформацію про досліджуваний аналоговий сигнал.

Найбільшого поширення набули АЦП послідовного наближення. Принцип дії АЦП послідовного наближення (порозрядного кодування) полягає в наступному. Є набір еталонів напруги, пропорційних за значенням степеням числа 2, які порівнюються з аналоговою величиною. Порівняння починається з еталона старшого розряду. Залежно від результату цього порівняння формується значення старшого розряду вихідного коду. Якщо еталон більше вхідної величини, то в старшому розряді ставиться 0. Потім вхідна величина врівноважується наступним за значенням еталоном. Якщо еталон рівний або менший вхідної величини, то в старшому розряді вихідного коду ставиться 1 і надалі врівноважується різниця між вхідною величиною і першим еталоном і т.д.

Принцип роботи ЦАП послідовного рахунку заснований на урівноваженні вхідної величини сумою однакових і мінімальних за величиною еталонів.

1 2 N такти

Рисунок 4.1- Структурна схема АЦП

Момент урівноваження визначається за допомогою компаратора, а кількість еталонів, урівноважуючих вхідну величину, підраховується лічильником.

Одним із методів побудови АЦП є метод порозрядного зрівноваження (або послідовного наближення). Спрощена структурна схема АЦП послідовного наближення показана на рисунку 4.1. Суть його в тому, що вихідний код в регістрі результату змінюється так, щоб забезпечити якнайшвидше зрівноваження вхідного сигналу (напруги чи струму) напругою чи струмом, що одержується з виходу ЦАП, що теж приєднаний до регістра результату.

Зрівноваження починається від старшого розряду. В ньому спочатку встановлюється одиниця і оцінюється знак різниці вхідного сигналу виходу ЦАП. Якщо зрівноважуючий сигнал менше вхідного, то “одиниця” в старшому розряді зберігається , а якщо більше – то “одиниця” скидається, і дальше в цьому розряді буде зберігатися “нуль”. Дальше перевіряється аналогічно сусідні молодші розряди регістра. Таке зрівноважування продовжується, поки не будуть опитані всі розряди регістра до наймолодшого.

Приведена програма реалізується логічними пристроями, що входять в склад регістра результату. Такий регістр називається регістром послідовного наближення.

Промисловість випускає ряд АЦП з різними характеристиками та принципами функціонування. Приведений метод побудови АЦП реалізований в інтегральній мікросхемі К572ПВ1.

К572ПВ1 – дванадцятирозрядний АЦП має вихідні каскади з трьома станами (тристабільні буферні підсилювачі) і відповідно, може видавати цифровий код на системну шину мікропроцесора. Кодові виводи АЦП можуть використовуватися також для вводу цифрових сигналів, тобто К572ПВ1 може використовуватись