По найденным значениям и определяем число звеньев N (или, что то же самое, класс фильтра по затуханию)
Для выбранного округленного числа звеньев N=4 пересчитываем величины , , , а также . Уточнив все эти параметры проверяем отклонение характеристического сопротивления от номинального.
Зная , пересчитываем коэффициент использования полосы задерживания
,
используя который, определяем уточненную верхнюю теоретическую частоту среза
Полученное значение теоретической частоты среза удовлетворяет исходным требованиям, так как находится в переходной области. Далее определяем уточненный коэффициент использования полосы пропускания
Теперь по сути дела возвращаемся в начало расчета. Для проверки отклонения характеристического сопротивления фильтра от номинального сопротивления нагрузки в полосе пропускания рассчитываем параметры , и (по данным полосы пропускания):
Выбираем заранее фильтр 2-го класса по сопротивлению и определяем затухание несогласованности в полосе пропускания
и затухание эха
После определяем величину отклонения характеристического сопротивления от номинального в полосе пропускания
Что удовлетворяет исходным техническим требованиям. Таким образом, на основании проведенного расчета выбран фильтр 2-го класса по сопротивлению с числом звеньев N=4. Отклонение характеристического сопротивления от номинального в полосе пропускания составляет 3,558 %, коэффициент использования полосы пропускания =0,885, теоретическая частота среза =113,016 кгц.
Расчетные параметры необходимые в дальнейшем,
=0,43 =0,4659=113,016 кгц.
Так как фильтр состоит из четырех звеньев, то для каждого звена рассчитываем коэффициент и соответственно расчетный параметр m.
где
=1,2,3,4 - № звена
N= 4 – число звена
Таким образом
Проверкой правильности расчета при четном числе звеньев служит соблюдение следующих соотношений:
, и т.д.
т.е. в рассматриваемом примере и т.д.
Для расчета коэффициентов m полагаем, что =0,43, тогда
Затем определяем
Для получения наилучшего согласования фильтра с нагрузкой начинаем и оканчиваем фильтр полузвеньями, у которых значение коэффициента m ближе к . В рассматриваемом примере этому требованию удовлетворяет коэффициент .
Внутри фильтра звенья с различными коэффициентами могут соединяться в произвольном порядке, но при условии соблюдения согласования.
Затем приступаем к выбору конкретной схемы фильтра нижних частот. При этом нужно стремиться к выбору звеньев с наименьшим числом катушек индуктивности, поскольку именно эти элементы наиболее усложняют производство и настройку фильтра. Так как класс фильтра определяется классом конечных полузвеньев, то для них выбираем звено типа 2А1н (звено Т-образного вида, 2-го класса по сопротивлению, с одной стороной среза фильтра нижних частот) и делим его пополам, для того, чтобы не увеличивать общее число звеньев. При этом получаются оконечные полузвенья Г-образного вида. В качестве промежуточных звеньев используем звенья типа 1В1н (звено П-образного вида, первого класса по сопротивлению, с одной частотой среза, фильтра нижних частот). Далее составляем полную принципиальную схему всего фильтра нижних частот рисунок 8.
звена 2А1н 1В1н 1В1н1В1нзвена 2А1н
Рисунок 8 – Полная принципиальная схема фильтра нижних частот
Первый этап расчета заканчиваем вычислением частот минимального затухания, лежащих в полосе задерживания.
соответственно
Формула для расчета частот минимального затухания
Аналогично формуле для расчета с той лишь разницей, что вместо параметра подставляется . Коэффициент , аналогичный коэффициенту , рассчитывается по формуле
где=1,2,3,4 – № звена
N= 4 – число звеньев
=0,3986 – ранее определенный параметр
Проверка правильности расчета коэффициентов :
Далее для каждого звена определяем параметр и частоту минимального затухания:
Частота последнего минимума затухания должна совпадать с верхней граничной частотой полосы задерживания. Кроме того должно соблюдаться строгое чередование частот бесконечного и минимального затухания. Правильность расчета подтверждается в рассматриваемом примере равенством и таблицей 1.
Таблица 1
Частота, кгц
1 звено
2 звено
3 звено
4 звено
310,442
139,356
119,137
115,313
176,369
125,179
116,4189
115
Заметим, что наибольшему значению m соответствует наиболее удаленная от полосы пропускания частота бесконечного затухания, а наименьшему значению m соответствует ближайшая к переходной области частота бесконечного затухания. Все частоты и находятся в полосе задерживания. Не допускается расположение частот и в полосе пропускания.
Определив частоты бесконечного и минимального затухания, а так же значения коэффициентов для всех звеньев и составив полную принципиальную схему фильтра нижних частот (ФНЧ состоит из трех звеньев типа 1В1н и двух полузвеньев типа 2А1н), приступаем к расчету номинальных значений элементы схемы ФНЧ. Начинаем с определения величины расчетного сопротивления , а затем единичной индуктивности и единичной емкости .
Коэффициент нагрузки рассчитывается графоаналитическим способом. Суть расчета сводится к тому, что выбирается такое соотношение между сопротивлением нагрузки и номинальным характеристическим сопротивлением, при котором в заданной полосе частот обеспечивается наилучшее согласование. Расчет характеристического сопротивления ведется только для оконечного полузвена, ибо если выполняются условия согласования характеристического сопротивления с сопротивлением нагрузки для оконечного полузвена на всех частотах полосы пропускания, то они выполняются и для всех промежуточных звеньев (данные расчета приведены в таблице 2).
Таблица 2
Оконечное полузвено Ом =113,016 кгц.
f, кгц
50
0,4424
0,8968
0,87128
1,02929
1029,29
1,03592
55
0,4867
0,8736
0,84421
1,0348
1034,8
1,0415
60
0,5309
0,8474
0,8146
1,04027
1040,27
1,04697
65
0,5751
0,81805
0,7825
1,0454
1045,4
1,0521
70
0,6194
0,7851
0,7477
1,0500
1050,0
1,0568
75
0,6636
0,7481
0,71037
1,05311
1053,11
1,053865
80
0,7079
0,7064
0,6704
1,05369
1053,69
1,0605
85
0,7521
0,6590
0,62797
1,0494
1049,4
1,0562
90
0,7964
0,6048
0,58285
1,03766
1037,66
1,0443
95
0,8406
0,5417
0,53526
1,01203
1012,03
1,01855
100
0,8848
0,4659
0,48511
0,9604
960,4
0,9666
Коэффициент согласования – это отношение характеристического сопротивления к сопротивлению нагрузки, т.е. . Чем меньше коэффициент согласования отличается от единицы, тем лучше согласованы характеристическое сопротивление и сопротивление нагрузки. Графоаналитический метод заключается в симметрировании кривой относительно значения (т.е. уравнивания наибольшего и наименьшего значений в полосе пропускания).
Исходя из этого, определяется коэффициент нагрузки , позволяющий затем вычислить как оптимальное номинальное характеристическое сопротивление. Проводя симметрирование, перемещаем кривую вдоль оси ординат относительно значения (в рассматриваемом примере вниз) так, чтобы максимальное положительное и максимальное отрицательное отклонения функции от значения были приблизительно равны.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5