Исcледование ФНЧ Баттерворта, Чебышева и Бесселя 2-го порядка, построенные на основе ИНУН. Расчёт ФНЧ Баттерворта 2-го порядка на основе ИНУН

Цель работы: Исcледовать  ФНЧ Баттерворта, Чебышева и Бесселя 2-го порядка, построенные на основе ИНУН.   

Ход работы

1. Расчёт ФНЧ Баттерворта 2-го порядка на основе ИНУН

Исходными данными для проектирования являются:

- коэффициент усиления ФНЧ на постоянном токе (раз)

- частота среза АЧХ (Гц)

- максимально допустимое затухание в полосе пропускания (дБ)

- минимально допустимое затухание в полосе задержания (дБ)

- нормированные коэффициенты фильтра

1.1. Определим круговую частоту среза (рад/с):

1.2. Определим добротность ФНЧ:

1.3. Рассчитаем емкости ФНЧ (Ф):

Выбираем значение С2 из стандартного ряда:

тип: К71-7, Uном=200 В, ряд E12, допуск 5%, предельный ТКЕ: +-100E-6 [1/град С] при tC=(-60...+85)град С

Выбираем значение С1 <   из стандартного ряда:

тип: К71-7,Uном-250 В, ряд E192, допуск 5%, предельный ТКЕ: +-100E-6 [1/град С] при tC=(-60...+85)град С

1.4. Рассчитаем сопротивления ФНЧ (Ом):

Выбираем значения резисторов из стандартных рядов:

тип: С2-33Н, Pном-0.125 Вт, ряд E96, допуск 1%,

ТКС: +-500E-6 [1/град С] при tC=(-60...+85)град С

тип: С2-33Н, Pном-0.125 Вт, ряд E96, допуск 1%,

ТКС: +-500E-6 [1/град С] при tC=(-60...+85)град С

тип: С2-33Н, Pном-0.125 Вт, ряд E96, допуск 1%,

ТКС: +-500E-6 [1/град С] при tC=(-60...+85)град С

1.5. Выбираем операционный усилитель по следующим условиям.

1.5.1. Полное входное сопротивление должно превышать значение (Ом)

1.5.2. Скорость нарастания Vu выходного сигнала ОУ (В/с) должна не менее, чем в 2fc раз превышать максимальную амплитуду выходного напряжения на частоте среза.

Максимальная амплитуда Um сигнала  на выходе ФНЧ определяется типом используемого ОУ (параметры модели ОУ VPS, VNS). Для большинства ОУ с напряжением питания +-15 В напряжение насыщения составляет 13.5 В.

С учетом того, что на частоте среза ФНЧ Баттероворта ослабляет сигнал на 3 дБ:

1.5.3. Коэффициент усиления ОУ с разомкнутой петлей обратной связи должен не менее чем в 50 раз превышать значение АЧХ ФНЧ на частоте среза.

Выбираем ОУ типа LM741 с параметрами:Uп=+-(3...30)В, Iп=2.8 мА, k=50000, +-Uвых max=13 В, Uсм=5 мВ, Iвх=500 нА, DIвх=200 нА, ТКUсмmax=5 мкВ/град С, Uвх сф max=+-13 В,Uвх диф max=+-15 В, КОСС=70 дБ, f1=1 МГц, VUвых=0.3 В/мкс.

1.6. Задаем схему ФНЧ в графическом окне Micro-Cap 7.0,  при вставке задаем следующие параметры моделей пассивных компонентов:

- для конденсаторов C1, С2:

.MODEL K71-7+ CAP (C=1 LOT=5% TC1=100E-6)

- для резисторов R1, R3:

.MODEL S2-33H-  RES (R=1 LOT=1% TC1= -500E-6 )

- для резистора R2:

.MODEL S2-33H+  RES (R=1 LOT=1% TC1= 500E-6 )

1.7. Результаты моделирования (погрешности).

1.7.1. Погрешность схемы по результатам моделирования в частотной области.

Коэффициент усиления на пост. токе по графику анализа :

Погрешность по коэффициенту усиления:

Частота среза по графику анализа :

(Гц)

Погрешность по частоте среза:

Коэффициент усиления на постоянном токе в линейном режиме:

1.7.3 Дополнительная погрешность от изменения температуры: