Работа с фильтрами

1. Создадим модели резисторов и конденсаторов, учитывающие разброс их значений в пределах 5%, и модель генератора прямоугольных импульсов с параметрами: амплитуда — 1 В, длительность импульса — 10 мкс, период повторения — 20 мкс.

MODEL G1 PUL (P1=1u P2=1.1u P3=11u P4=11.1u P5=20u VONE=1).

MODEL UMOD OPA ().

MODEL RMOD RES (R=1 DEV=5%).

MODEL CMOD CAP (C=1 DEV=5%).

2. Соберём схему с интегрирующей и дифференцирующей RC-цепочками с масштабными усилителями на выходе, представленная на рис. 1. На входе схемы — генератор прямоугольных импульсов.

Рис. 1. Моделируемая схема

3. Анализ по постоянному току

усилитель резистор конденсатор Диапазон входного сигнала от 0 до 1 В. Строятся графики напряжения на входе операционных усилителей и графики напряжения на выходе. Для построения графиков используется следующая таблица:

В первой системе координат, построены 2 графика напряжения на входах ОУ. Во второй системе координат построены графики напряжения на выходах, после ОУ.

Анализ производился в 2-х режимах: одновариантном и многовариантном.

Одновариантный режим:

Для фильтра верхних частят сигнал на входе усилителя, как и коэффициент передачи равен 0 из-за наличия конденсатора c2, который не пропускает постоянный ток. Для фильтра нижних частот коэффициент передачи следующий:

Многовариантный режим: в данном режиме нами было выбрано равномерное распределение и количество испытаний равное 5. Для фильтра верхних частот коэффициент передачи опять же равен 0 все по той же причине.

Для фильтра нижних частот коэффициенты передачи, следующие:

Средний процент разброса составляет 2%.

4. Анализ переходных процессов.

Время моделирования 49 мкс. Выводятся входной сигнал, сигналы на входах и выходах усилителей. Для построения графиков были выполнены следующие настройки:

В первой системе координат строится графики переходных процессов:

входного сигнала (напряжение на входе v (Input) от времени Т) сигналы на входах операционных усилителей (напряжение на входе первого операционного усилителя v (2) от времени Т и напряжение на входе второго операционного усилителя v (7) от времени Т).

Во второй и третьей СК строятся графики на выходе ОУ соответственно.

Анализ производился в 2х режимах: одновариантный режим и многовариантный режим.

Сигнал на входе соответствует сигналу, вырабатываемому генераторам импульсов с установленными ранее характеристиками. Сигналы; на входах ОУ соответствуют сигналам, которые должны появиться после прохождения; интегрирующей (сигнал г (2)) и дифференцирующей (сигнал v (7)) цепочек.

Сигналы на выходе по форме соответствуют сигналам ка входе ОУ. только увеличенные коэффициентом передачи равным 10 в 10 раз, что хорошо видно из графиков.

V (out1) сигнал после прохождения через интегрирующую цепь с усилителем.

V (put2) сигнал после прохождения через дифференцирующую цепь с усилителем.

Выводим быстрое преобразование Фурье (FFT). По оси X — F частота по Y — FFT (V (2)), FFT (V (2)), FFT (V (7)).

5. Частотный анализ

Необходимо сеять частотные характеристики на входах и выходах операционных усилителей: а именно АЧХ и ФЧХ в точках 3, 7, OUT1, OUT2. Диапазон частот от 10Гц до 10МГц. Определить частоты среза фильтров, наклоны АЧХ.

В первой системе координат строятся графики АЧХ на входе и на выходе ОУ. Во второй системе координат строятся графики ФЧХ. которые совпадают по входу и выходу. Интегрирующая цепочка выступает е роде фильтра высоких частот первого порядка, график ФЧХ для данной цепи изменяется от 90 градусов до 0. Дифференцирующая цепочка выступает б роли фильтра низких частот первого порядка, график ФЧХ для данной кепи изменяется от 0 градусов до -90.

По графикам АЧХ видно, что разница между напряжением на входе ОУ и напряжением на выходе ОУ равна 20дБ, в случае линейной шкалы в 10 раз, что соответствует коэффициенту передачи.

Также по АЧХ можно определить, что графики v (out1) и v (3) характеризуют фильтр нижних частот, а графики v (out2) и v (7) характеризуют фильтр верхних частот.

Определим частоту среза фильтров:

Для фильтра низких частот: fсреза = 15 834 Гц = 16 кГц Для фильтра верхних частот: fсреза = 16 211 Гц = 16 кГц Из-за того, что фильтры построены на одинаковых по параметрам элементах, то и частота среза у них одинаковая.

По полученному порядку, определим скорость спада АЧХ при переходе от полосы пропускания к полосе подавления. Наклон АЧХ — скорость спада в полосе подавления и равна N*20дБ/декада, где N — порядок фильтра. Т.к. у нас оба фильтра 1-го порядка, то наклон АЧХ обоих фильтров равен 20дБ/декада.