Ысаша теориялы кіріспе
Аналогты сзгілерді схемотехникасы
Жмысты масаты: Аналогты сзгілерді слбаларын компьютерлік модельдеу жне оларды жмыс істеу принциптерімен практикалы трыдан танысу.
ысаша теориялы кіріспе
Аналогты сзгі – электрлік сигналдарды спектріні ажетті компоненттерін айындауа немесе ажетсіз компоненттерін шіруге арналан радиотехникалы рылы [7]. Радиоабылдаыш, радиобергіш рылылардаы жне кшейткіштегі электрлік сигналдарды ажетті жиілік жолатарын блу шін, индустриялды шуылдар мен бгеттерді шіру шін жне ртрлі электронды рылыларды жиіліктік сипаттамаларын реттеу шін сзгілер олданылады. Сзгілерді негізгі электрлік сипаттамаларына мыналар жатады:
1. Жеткізу коэффициентіні амплитуда-жиіліктік сипаттамасы
(10.1)
мндаы: - сзгіні шыыс кернеуі;
- сзгіні кіріс кернеуі.
2. Жеткізу коэффициентіні фаза-жиіліктік сипаттамасы ;
3. Кіріс жне шыыс кедергілерді жиіліктік сипаттамалары:
4. Кіріс жне шыыс сипаттамалы кедергілерді жиіліктік сипаттамалары;
5. Сну коэффициентіні жиіліктік сипаттамасы
(дБ) (10.2)
6. Кесу жиілігі .
Электрлік сзгілерді ткізу жолаы бойынша келесідей трлерге блінеді:
1. Тменгі жиілікті сзгі (ТЖС), 0 жиіліктен кесу жиілігіне дейінгі электр сигналдарын ткізетін сзгілер;
2. Жоары жиілікті сзгі (ЖЖС), кесу жиілігінен шексіздікке дейінгі электр сигналдарын ткізетін сзгілер;
3. Резонансты сзгі, резонансты жиілікке жаын жиілік жолаындаы электр сигналдарын ткізетін сзгі;
4. Жолаты сзгілер, жолаты жиіліктен жолаты жиілік аралыындаы электр сигналдарын ткізетін сзгі;
5. Режектрлік сзгі, жолаты жиіліктен жолаты жиілік аралыындаы электр сигналдарын ткізбейтін сзгілер.
ажетті сзгіні тадау кезінде сзгіні сну коэффициентіне жне сипаттамалы кедергіні жиілікке туелділік сипаттамаларын ескеру ажет. шу коэффициент сипаттамаларыны лау шылдылыы лкен болан сайын, ткізбейтін жолата шу лкен, ал ткізу жолаындаы шу біралыпты немесе аз болады, осындай жадайда сзгі жасы жмыс істейді. Сипаттамалы жне жктеме кедергілері сйкестендірілмеген жадайда, сзгіні шу коэффициентіні сипаттамасы нашарлайды. Сзгіні ткізу жолаында сипаттамалы кедергі ажетті тратылыты сатап траны олайлы.
Сигналды деуде олданылатын сзгілер:
1. Аналогты немесе санды;
2. Пассивті немесе активті;
3. Сызыты немесе бейсызыты;
4. Рекурсивті немесе рекурсивті емес болып блінеді.
Кптеген рекурсивті сзгілерді ішінен тмендегі сзгілер (жеткізу функциясыны трі бойынша) ерекшеленеді:
1. Чебышев сзгісі;
2. Бессель сзгісі;
3. Баттерворт сзгісі;
4. Эллипстік сзгісі.
Жеткізу функциясыны реті бойынша сзгілер бірінші ретті, екінші ретті жне шінші ретті болып блінеді. 1-ші ретті фильтрлерді басу жолаында ЛАЖС лау шылдылыы рбір декада бойынша 20дБ-а те, 2-ші ретті фильтрлерде – 40 дБ болады жне т.с.с.
10.1-сурет. Электрлік сзгіні жалпы крінісі
Сзгілерді сипаттамасына жеткізу функциясын арастыруа болады:
(10.3)
жне шамалары 10.1-суретте крсетіліп трандай шыыс жне кіріс кернеулер.
Орнатылан жиілік ( ) шін жеткізу функциясын мына трде жазуа болады:
(10.4)
мндаы - жеткізу функциясыны модулі немесе амплитуда-жиіліктік сипаттама, - фаза-жиіліктік сипаттама, ал (рад/с) жиілікпен f (Гц) жиілікті атынасы мынаан те: .
андай да бір жиілік диапазонында немесе жолатарында сигнал тетін ауматы ткізу жолаы деп атайды жне сол ткізу аумаында амплитуда-жиілікті сипаттаманы мні лкен болады, ал идеалды жадайда траты шамаа ие. Жиілік диапазонында сигналдар басылатын аума кідіріс жолаын райды, бл жадайда амплитуда-жиілікті сипаттаманы мні аз болады, ал идеалды жадайда нлге те. 10.2-суретте тменгі жиілікті сзгіні идеалды жне реалды АЖС крсетілген. Суретте зік сызыпен идеалды сзгілерді АЖС, ал сызыпен реалды сзгіні АЖС крсетілген. Идеалды тменгі жиілікті сзгілерді ткізу жолаыны аумаы жне кідіріс жолаы болады. Практикада идеалды АЖС алу ммкін емес.
10.2-сурет. Идеалды жне реалды тменгі жиілікті сзгілерді АЖС
АЖС шамасын децибелде (дБ) крсетуге болады
(10.5)
10.5 тедеуіндегі сигналды шуін сипаттайды. Мысалы, 10.2-суреттен сйкес келетін А=1 деп тадайы. Яни
те болады. Онда жиілікте сигналды шуі тмендегідей есептелінеді:
дБ.
Негізінде ткізу жолаындаы сзгіні ткізу аумаы 3 дБ-ден аспайды.
Идеалды сзгіні рау ммкін емес, біра реалды элементтерді негізінде идеалды сзгіні слбасын алуа болады. Жеткізу функциясын полиномдарды атынасы ретінде крсетуге болады:
, (10.6)
мндаы, а жне b – траты шамалар, ал m, n=1, 2, 3 …(nm).
Бліміндегі n дреже сзгіні ретін білдіреді. Жоары ретті сзгілер шін реалды АЖС идеалдыа жаын болады. Слбаны иындатан сайын сзгіні реті се береді.
ажетті жеткізу функциясы алынан со, осы жеткізу функциясын іске асыратын сзгіні слбасы жасалынады. Сзгілер активті жне пассивті элементтер арылы жобаланады.
Пассивті сзгілер резисторларды, конденсаторларды жне индуктивті катушканы негізінде рылады. Осындай сзгілер белгілі жиілік диапазонында жмыс жасау шін жарамды, біра тменгі жиілік диапазонында (0,5 мГц-тен тмен) жмыс істемейді.
Сзгілерді тменгі жиілікті диапазонында олдану шін слбадан индуктивті катушканы алып тасталынады. Индуктивті катушканы орнына резисторларды, конденсаторларды жне бірнеше активті аспаптарды негізінде активті сзгілер жобаланады. Активті сзгілерде активті аспап ретінде кбінесе операциялы кшейткіш олданылады.
Пассивті RC- сзгісі. Тменгі жиілікті RC-сзгіні слбасы 10.3 а, -суретте крсетілген.
а) | ) |
10.3-сурет. Пассивті RC- сзгісі |
ТЖС жиіліктік жне фазалы сипаттамалары тменгі формулалармен аныталады:
(10.7)
(10.8)
Тменгі жиілікті сзгілер жоары жиілікті сигналдарды ткізбей стап трады, ал тменгі жиілікті сигналдарды ткізетін рылы. Жалпы жадайда 10.2-суреттегі АЖС-нан ткізу жолаын 0<w<wc аралыындаы жиіліктер интервалы ретінде крсететін болса, w>w1 жиілігі стап тру жолаы, wc<w<w1 диапазонындаы жиілік тпелі аума ретінде алынады (wc – кесу жиілігі).
Жоары жиілікті RC-сзгіні слбасы 10.4-суретте келтірілген.
10.4-сурет. Жоары жиілікті RC-сзгісі |
ЖЖС жиіліктік жне фазалы сипаттамалары тменде келтірілген:
(10.8)
(10.9)
Жоары жиілікті сзгілер тменгі жиілікті сигналдарды шіреді, ал жоары жиілікті сигналдарды ткізетін рылы.
10.5-сурет. Жоары жиілікті сзгіні реалды жне идеалды АЖС
АЖС крсетіліп трандай, w>wc – ткізу жолаы, 0ww1 – стап тру жиілігі, w1<w<wc – тпелі аума, кесу жиілігі - wc (рад/с) немесе fc=wc/2 (Гц).
Жолаты RC-сзгісі (10.6-сурет) жоары жиілікті сзгілерді жне тменгі жиілікті сзгілерді бір-бір буындарыны зара тізбектей жаланан слбасынан трады.
10.6-сурет. Жолаты сзгі
Жолаты сзгі BW жолаты диапазонындаы сигналдарды ткізетін рылы, BW жолаы шамамен fo (Гц) немесе wo=2fo (рад/с) орталы жиілікті айналасында орналасады.
10.7-сурет. Жолаты сзгіні идеалды жне реалды амплитуда-жиіліктік сипаттамасы
Жолаты сзгіні АЖС реалды сипаттамасында wL жне wU жиіліктері тменгі жне жоары кесуді крсетеді жне ткізу аумаын (wLwwU) жне оны енін BW=wU.- wL анытайды.
Жолаты сзгіні жеткізу функциясы (10.10) тедеуде келтірілген.
(10.10)
Пассивті RC-сзгілерді ерекшеліктері: клемі жаынан шаын, слбасын рау те оай жне компоненттерді шамасын реттеуге болады, магнитті рістерге сезімталдыы аз. Кемшілігі – шу коэффициентіні сипаттамасыны лау шылдылыы тмен [9].
Жоарыда айтып кеткендей сзгілерді слбаларын пассивті элементтер арылы немесе активті аспап арылы растырылады. Енді осы арастырылан сзгілерді активті рылылар арылы слбалары алай болатынын арастырайы.
Тменгі жиілікті активті сзгі (10.8-сурет).
10.8-сурет. Тмегі жиілікті активті сзгі
Слбаны параметрлері:
(10.11)
(10.12)
. (10.13)
Жоары жиілікті активті сзгі (10.9-сурет).
10.9-сурет. Жоары жиілікті активті сзгіні слбасы
Слбаны параметрлері:
(10.14)
(10.15)
. (10.16)
Жолаты сзгі (10.10-сурет).
10.10-сурет. Жолаты фильтрді слбасы
Слбаны параметрлері:
(10.17)
(10.18)
(10.19)
Дегейі бойынша ткізу жолаы 3дБ болан жадайда:
(10.20)
Зертханалы жмысты орындауа ажетті рал-жабдытар:
1. Операциялы кшейткіш;
2. Шамалары ртрлі конденсаторлар мен резисторлар;
3. Функционалды генератор;
4. Осциллограф.