Проектирование активных фильтров на операционных усилителях, страница 5

15

 
При расчете любого фильтра используют нормирование частоты [1]

,                                    (9)

где W- нормированная (относительная) частота сигнала, ,

,

 – абсолютная частота сигнала,

 – частота нормирования.

При этом:  для ФНЧ и ФВЧ;  для ПФ и РФ.

После нормирования выполняют преобразование частоты (для ФНЧ преобразование ограничивается нормированием) и аппроксимацию НЧ-функции изображения. Аппроксимацию завершают определением полюсов и нулей НЧ-изображения. Затем осуществляют обратный переход от полюсов и нулей НЧ -изображения к полюсам и нулям искомой передаточной функции. По этим полюсам восстанавливают искомую передаточную функцию и рассчитывают физические параметры цепи: коэффициент затухания d, нормированную собственную частоту цепи W0. После денормирования, в соответствии с выражением (9), вычисляют абсолютное значение собственной частоты цепи . Значения w0 и d служат исходными данными для расчета параметров элементов цепи – конденсаторов и резисторов.

Построение ВЧ-функции с помощью НЧ-функции осуществляется с помощью выражения

            S = 1/p,                                                (10)

где S – комплексная частота НЧ–функции изображения; p= jW – комплексная частота ВЧ-функции.

Порядок преобразования заключается в выполнении следующих шагов:

1.  Выполняется нормирование заданных частот по формуле (9);

2.  Задаются исходные величины, определяющие ВЧ-функцию: затухание в полосе пропускания ап, затухание в полосе задерживания aз и нормированная граничная частота задерживания Wз¢;

3.  Выбирается вид аппроксимации и с помощью формул (5)–(8) определяется порядок НЧ-изображения. При этом следует иметь в виду, что ;

4.  Для найденного значения n по соответствующим таблицам определяются значения полюсов (и нулей) НЧ-функции изображения;

5.  На основании соотношения (10) находятся полюса (и нули) ВЧ-функции;

6.  С помощью полученных данных находят физические параметры звеньев синтезируемого ФВЧ:

7.   

,                               (11)

,                                (12)

где li – действительная часть полюса; Wi – мнимая часть полюса;

8.  Переход от НЧ-функции изображения к синтезируемому ФВЧ завершается денормированием в соответствие с (9) частот нулей передачи Wzвi и собственных часттот W0 звеньев ФВЧ.

Построение полосно-пропускающей (ПП) функции ПФ с помощью НЧ-изображения выполняетсяс помощью преобразования [1]

,                                        (11)

где S – комплексная частота НЧ–функции изображения;

p= jW – комплексная частота ПП-функции;

DW = (fпвfпн)/fср - нормированная полоса пропускания ПФ.

Порядок преобразования заключается в выполнении следующих шагов:

1.  Выполняется нормирование заданных частот по формуле (9);

2.  Задаются исходные величины, определяющие ПП-функцию: нормированная полоса пропускания ПФ ∆W, затухания в полосе пропускания aп и полосе задержки aз;

3.  Выбирается вид аппроксимации и с помощью формул (6), (7) или (8) определяется порядок функции НЧ –изображения. При этом надо учесть, что при преобразовании (11) полосе пропускания ПФ (fпвfпн) соответствует нормированная граничная частота полосы пропускания НЧ–функции изображения . Полосе частот (fзвfзн) соответствует нормированная граничная частота полосы заграждения НЧ-функции изображения:

4.   

.                        (12)

Таким образом, в формулах (6)–(8)  Wз=W'з;

5.  Для найденного значения nпо соответствующей таблице определяются значения полюсов (и нулей, если дробная аппроксимация) НЧ-функции. Решая (11) относительно p, найдем полюсы pj ПФ, через полюсы Sj НЧ–функции изображения.

.             (13)

Подстановка в (13) комплексно-сопряженных полюсов  приводит к соотношениям для нахождения полюсов ПФ.

,

(14)

, где ; ; lнj и Wнj – действительная и мнимая части j–го полюса НЧ–функции изображения.