Сохраните схему под именем, например, FLF (Filter Low Frequency)

Метод расчета AC Sweep задаем в разделе Analysis –> Setup. Нажав «AC Sweep», попадаем в окно AC Sweep and Noise Analysis, где задаем:

· AC Sweep Type –> Decade – логарифмическое декадное (десятикратное) изменение частоты.

· Pts/Decade – число точек в декаде.

· Start Freq. – начальную частоту – 10Гц (в 100 раз меньше FS – -2 декады).

· End Freq. – конечную частоту – 10кГц (в 100 раз больше FS – +2 декады).

Закрываем оба окна – OK, Close.

Проверяем правильность ввода схемы: Analysis –> Electrical Rule Check и –> Create Netlist. Если не последует замечаний, можно начать моделирование (F11 или Analysis –> Simulate).

По окончании моделирования открывается окно результатов. Там показана зависимость выходного напряжения фильтра от частоты (АЧХ). Чтобы получить результат в децибелах (20lg(Uвх/Uвых)), дважды щелкаем по выводимой переменной V(2). Попадаем в окно выбора результата. В правой части выбираем функцию вывода в децибелах DB(). Она появляется в строке выбора внизу, курсор – между скобок. Вводим формулу V(2)/V(1). OK.

Добавляем график фазового угла (ФЧХ) Plot –> Add Plot to Window. Добавляем в новое полотно функцию вывода фазы сигнала Р(). В скобках указываем V(2).

Вид графика показан ниже.

Видим, что спад амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) начинается на частоте среза FS (спад на 3 Дб), скорость спада – -20 Дб / декаду. Фазовый угол на низких частотах близок к 0°, на частоте среза составляет 45°, на высоких частотах приближается к 90°.

На частоте 10FS сигнал подавляется в 10 раз. С увеличением частоты подавление увеличивается.

1.2. Поведение ФНЧ во времени.

Поведение фильтра во времени можно исследовать, подавая на его вход прямоугольный сигнал.

Сохраните схему (Save As) под именем FLFT.

Замените источник VAC на VPULSE (его параметры указаны на схеме):

Метод расчета Transient задаем в разделе Analysis –> Setup. Нажав «Transient», попадаем в окно Transient, где задаем:

После моделирования получаем график выходного сигнала по времени. Добавляем график входного сигнала V(1). Результат показан на рисунке на следующей странице.

Изменим параметры источника VPULSE: PW = 0.2 ms, Per = 0.4 ms. Снова промоделируем.

График на следующей странице.

1.3. Повышение крутизны спада АЧХ. Фильтр второго порядка.

Для улучшения избирательных свойств ФНЧ можно включить последовательно два предыдущих ФНЧ (1-го порядка). Мы получим ФНЧ 2-го порядка.

Открываем схему FLF.sch, сохраняем её под именем FLF2 и модифицируем, как показано ниже.

Проводим исследование АЧХ и ФЧХ, как в пункте 1.1. Полученные АЧХ и ФЧХ показаны ниже.

Видим, что крутизна спада ФЧХ увеличилась вдвое до -40 Дб / декаду. Десятикратное подавление происходит уже на частоте ~ 30 кГц.

1.4. Поведение ФНЧ 2-го порядка во времени.

Модифицируем схему FLFT (откроем и сохраним, как FLF2T):

Проведем моделирование, как в пункте 1.2.

Результаты показаны на графике.

2. ПАССИВНЫЙ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ (ФВЧ).

2.1. Поведение ФВЧ в частотной области.

Открываем схему FLF и сохраняем под именем FHF (Filter High Frequency). Модифицируем её:

Проводим моделирование по пункту 1.1.

АЧХ и ФЧХ показаны ниже.

Видно, что ФВЧ подавляет низкие частоты. Крутизна подъема АЧХ на низких частотах составляет +20 Дб / декаду. Фазовый угол уменьшается от 90° на низких частотах до 45° на частоте среза (1 кГц) и на высоких частотах стремится к 0°.

2.2. Поведение ФВЧ в времени.

Открываем схему FLFT и сохраняем её под именем FHFT. Модифицируем:

После моделирования с разными формами сигнала (п. 1.2.) получаем (смотри далее).

2.3. ФВЧ 2-го порядка.

Откройте схему FHF, сохраните её под именем FHF2 и модифицируйте:

Результаты показаны ниже.

Видно, что подъем АЧХ на нижних частотах увеличился до +40 Дб / декаду.

Фазовый угол снижается от 180° на нижних частотах до 90° на частоте среза и далее до 0° на высоких частотах.

3. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР (ПФ).

3.1. Поведение ПФ в частотной области.

Открываем один из фильтров первого порядка (FLF или FHF) и сохраняем как FB (Filter Band – диапазон).

Полосовой фильтр представляет собой включенные последовательно ФВЧ (R1 и C1) и ФНЧ (R2 и C2) с одинаковой частотой среза.

АЧХ и ФЧХ показаны ниже.

На нижних и верхних частотах наклоны АЧХ составляют ±20 Дб / декаду. На частоте среза фазовый угол равен 0°.

2.2. Поведение ПФ во времени.

Открываем FLFT или FHFT и сохраняем как FBT. Схема показана далее.

Результаты:

ЗАДАНИЕ 20.

АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ.

1. АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ ВТОРОГО ПОРЯДКА (АФНЧ2).

Схема:

Результат:

2. АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ ВТОРОГО ПОРЯДКА (АФВЧ2).

Схема:

Результат:

3. АКТИВНЫЙ ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР ВТОРОГО ПОРЯДКА (АПФ2).

Схема:

Результат:

4. АКТИВНЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФИЛЬТР ВТОРОГО ПОРЯДКА (АШПФ2).

Схема (расчет AC Sweep от 0.1 ГЦ):

Результат:

5. АКТИВНЫЙ РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР ВТОРОГО ПОРЯДКА (АРФ2).

Схема:

Результат:

Дата добавления: 2017-01-14