Расчет элементов трактов передачи сигналов в системах автоматики, телемеханики и связи (тип фильтра – LC (комбинированного k+m))

Санкт-Петербургский Государственный

Университет Путей Сообщения

Кафедра «Электрическая связь»

Дисциплина:  «Теория линейных электрических цепей автоматики, телемеханики и связи»

Тема:          Расчёт элементов трактов передачи сигналов в системах автоматики, телемеханики и связи

                                                            Факультет:   Электротехнический

                                                            Группа:         АТ-203

                                                            Выполнил:   Пентегов Дмитрий

Санкт-Петербург

2004

Введение.

     В устройствах автоматики, телемеханики и связи часто возникает задача выделения полезных сигналов из смеси различных сигналов и помех. Если полезные сигналы и помехи различаются занимаемыми частотными полосами, то такое разделение осуществляют частотными электрическими фильтрами. Частотные фильтры, отделяющие электрические колебания токов с одними частотами от колебаний с другими частотами, применяют в самых разнообразных частотных диапазонах. Простейшими фильтрами могут служить цепи RC, или реактивные  двухполюсники.

    Однако наиболее распространены фильтры, представляющие собой четырёхполюсники, составленные из реактивных двухполюсников по цепочечным или мостовым схемам. Эти фильтры отличаются от простейших фильтрующих цепей более качественными частотными характеристиками.   По сравнению с используемыми в качестве фильтров цепями RC они имеют в полосе пропускания теоретически нулевое, а практически весьма малое затухание. От активных фильтров RC их выгодно отличает возможность работы при больших токах, например, в цепях тяговых сетей и рельсовых цепях. В тоже время фильтры LC имеют и недостатки: невысокую добротность элементов (особенно катушек индуктивности) и значительные габаритные размеры, что затрудняет их использование на сверхнизких и высоких частотах.

    Учёт влияния сопротивления нагрузки фильтра требует полного анализа его свойств как четырёхполюсника. Последние может быль осуществлено использование полного набора параметров четырёхполюсника.

    Для анализа и синтеза реактивных фильтров наиболее удобно использовать собственные параметры передачи g и Zx. Цепочесные фитьтры представляют собой каскадное соединение  Г-, Т- или П-образных четырёхполюсников, содержащих реактивные сопротивления.

   Из определения электрического фильтра следует, что его затухание в полосе пропускания должно быть минимальным (теоретически равным нулю), а в полосе задерживание – зависеть от частоты (быть максимальным).    С учётом этого условия пропускания и задерживания цепочечных фильтров можно получить, анализируя зависимость постоянной передачи цепочечных схем от параметров схемы, в широком диапазоне частот.                

Содержание

В проекте под отдельными заголовками должны быть обоснованы решения следующих вопросов:

1.1     Расчёт фильтра LC (комбинированного k+m)

1.1.1  Определение передаточной функции фильтра 

1.1.2  Составление схемы и расчёт параметров

           элементов фильтра 

1.1.3  Расчёт частотных зависимостей ослабления и

          фазового сдвига звеньев (полузвеньев) фильтра

1.1.4  Расчёт частотных зависимостей

           характеристического сопротивления  

1.2Расчёт корректора фазочастотной характеристики

1.1 Расчёт фильтра высокой частоты.

1.1.1 Передаточная функция фильтра

      Основными параметрами, которые характеризуют работу комбинированного фильтра и задаются при проектировании: сопротивление нагрузок на входе и выходе Rг и Rн ; полоса пропускания фильтра и максимально допустимое затухание на этой полосе амах ; полоса задерживания фильтра  и минимально допустимое затухание в этой полосе aмин ; частота среза fср.

     Вместо значения максимально допустимого затухания в полосе пропускания можно задать допустимое отклонение значения характеристического сопротивления Zx от сопротивления нагрузок.

    Модуль функции передачи [F(w)] звеньев и полузвеньев фильтров k+m связан с их затуханием формулой.

[F(w)]= dec [ - 0,05 a(w)]

Где:

а(w) – собственное затухание звена фильтра дБ.

     Собственное затухание звеньев (полузвеньев) фильтра и собственный фазовый сдвиг, входящие в состав постоянной передачиg = a + jb, и характеристическое сопротивление Zx определяются значениями элементов, входящие в схему фильтра.

     По этому при синтезе схемы фильтра целесообразно использовать эту связь для расчёта элементов фильтра.

1.1.2 Составление схемы и расчёт параметров элементов фильтра высокой частоты.

   На первом этапе составляется структурная и принципиальная схемы  комбинированного фильтра.

Пример структурной схемы комбинированного фильтра приведён на рисунке 1.