Фильтры - раздел Философия, КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ По дисциплине ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ...
Частотным фильтром называется устройство (четырехполюсник), обладающее различной величиной затухания для разных областей частот электрических сигналов.
По назначению фильтры разделяются на фильтры нижних частот (а), фильтры верхних частот (б), полосовые (в) и заграждающие (г) фильтры.
Фильтры, находящие применение в обработке сигналов, бывают
- аналоговыми или цифровыми;
- пассивными или активными;
- линейными и нелинейными;
- рекурсивными и нерекурсивными.
Аналоговый фильтр - разновидность, имеющих дело с аналоговыми или непрерывными сигналами. Аналоговый сигнал– сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.
По типу применяемых єлементов аналоговые фильры можно разделить на LC-фильтры, пьезоэлектрические и электромеханические.
LC-фильтры являются наиболее дешевыми, но обладают худшими характеристиками, чем пьезоэлектрические и электромеханические. Вместе с тем LC-фильтры позволяют их использовать в широком диапазоне частот от нескольких десятков килогерц до нескольких десятков мегагерц. Примером реализации такого фильтра может служить колебательный контур, а именно полосовой фильтр в виде цепи из последовательно соединенных резистора, конденсатора и индуктивности. В данном случае полосовой фильтр представлен в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра высоких частот.
Пьезокварцевые фильтры обладают лучшими характеристиками по сравнению с другими типами фильтров, но и стоимость их существенно выше. Диапазоны частот, для которых используются пьезокварцевые фильтры, охватывают область от самых низких частот до ста мегагерц.
Пьезокерамические фильтры по своим характеристикам находятся в промежуточном положении между электромеханическими и пьезокварцевыми фильтрами. Их основная особенность заключается в относительно небольшой стоимости и малых габаритах.
Применение электромеханичесиких фильтров ограничено верхним пределом частот (около одного мегагерца), но они с успехом используются в диапазоне очень низких частот (вплоть до 0,5 Гц), для которого трудно, а часто невозможно создавать фильтры других типов. Электромеханические фильтры отличают сравнительно небольшие габариты, хорошие параметры и высокая стоимость в сравнении с пьезокерамическими фильтрами.
Конструкции электромеханических фильтров с резонаторами фильтрующей системы, работающих на изгибных (а), крутильных (б) и продольных (г) колебаниях
Цифровой фильтр - в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этого сигнала. Различают два вида реализации цифрового фильтра: аппаратный и программный. Аппаратные цифровые фильтры реализуются на элементах интегральных схем, тогда как программные реализуются с помощью программ, выполняемых ПЛИС, процессором или микроконтроллером. Преимуществом программных перед аппаратным является лёгкость воплощения, а также настройки и изменений, а также то, что в себестоимость такого фильтра входит только труд программиста. Недостаток- низкая скорость, зависящая от быстродействия процессора, а также трудная реализуемость цифровых фильтров высокого порядка.
Пассивный фильтр - электронный фильтр, состоящий только из пассивных компонентов, таких как, к примеру, конденсаторы и резисторы. Пассивные фильтры не требуют никакого источника энергии для своего функционирования. В отличие от активных фильтров в пассивных фильтрах не происходит усиления сигнала по мощности. Практически всегда пассивные фильтры являются линейными и используются повсеместно в радио- и электронной аппаратуре, например в акустических системах, источниках бесперебойного питания и т. д.
Активный фильтр - один из видов аналоговых электронных фильтров, в котором присутствует один или несколько активных компонентов, к примеру транзистор или операционный усилитель.
Линейный фильтр - динамическая система, применяющая некий линейный оператор ко входному сигналу для выделения или подавления определённых частот сигнала и других функций по обработке входного сигнала.
Нелинейный фильтр- устройство для обработки сигналов, выход которого не является линейным оператором от входного сигнала. Нелинейные фильтры широко используются в технике, электронике, теории управления и обработке сигналов. Особенно часто нелинейные фильтры используются в цифровой обработке изображений.
Рекурсивный фильтр(фильтр с бесконечной импульсной характеристикой) – линейный электронный фильтр, использующий один или более своих выходов в качестве входа, то есть образует обратную связь.
Нерекурсивный фильтр(фильтр с конечной импульсной характеристикой) - один из видов линейных цифровых фильтров, характерной особенностью которого является ограниченность по времени его импульсной характеристики (с какого-то момента времени она становится точно равной нулю).
По типу передаточной функции рекурсивные фильтрыможно разделить на следующие:
- фильтры Бесселя;
- фильтры Баттерворта;
- фильтры Чебышева;
- эллиптические фильтры (фильтры Кауэра).
Фильтр Бесселя не имеет пульсаций АЧХ ни в полосе пропускания ни в полосе подавления, но при этом имеет наименьшую крутизну характеристики.
Фильтр Баттерворта имеет плоскую характеристику в полосе пропускания имеет место постепенное понижение характеристики при приближении к частоте ƒс.
Для фильтра Чебышева пульсации, распределяются равномерно по всей полосе пропускания, но при сравнительно малых пульсациях (порядка 0,1 дБ) этот фильтр обеспечивает намного большую крутизну характеристики в переходной области, чем фильтр Баттерворта. Расчет показывает, что в этом случае требуется 19-полюсный фильтр Баттерворта или всего лишь 8-полюсный фильтр Чебышева.
В эллиптическом фильтре (фильтре Кауэра) допускаются пульсации характеристики как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания чем и обеспечивается крутизна переходного участка даже большая, чем у характеристики фильтра Чебышева.
Если пульсации в полосе подавления равны нулю, то эллиптический фильтр становится фильтром Чебышева I рода. Если пульсации равны нулю в полосе пропускания, то фильтр становится фильтром Чебышева II рода. Если же пульсации отсутствуют на всей амплитудной характеристике, то фильтр становится фильтром Баттерворта.
Эксплуатационные требования
Качество выполнения электронным устройством основных функций, для которых оно предназначено, определяется основными техническими параметрами, указанными в соответствующих документах (
Конструкторско-технологические требования
Защита от воздействия внешних факторов (влага, температура, вибрация и удары, микроорганизмы и др.) необходима не только для обеспечения нормальной работы ЭУ при эксплуатации, но и пр
Экономические требования
Экономичность конструкции в значительной степени закладывается на этапе разработки и определяется затратами на разработку, производство и эксплуатацию.
По уровню затрат времени и средств Э
Работа трансформатора в режиме холостого хода
При работе трансформатора в режиме холостого хода вторичная обмотка его разомкнута, а первичная потребляет из питающей сети относительно небольшой ток холостого хода. В этом случае приложенное к эт
Работа трансформатора под нагрузкой
При включении нагрузки во вторичную обмотку трансформатора в ней появится ток I2 , который создает намагничивающую силу этой обмотки
Согласующие трансформаторы
Трансформаторы применяются в различных усилительных и измерительных устройствах для согласования электрических сигналов. По месту расположения в схеме трансформаторы согласования делятся на вход
Надежность.
Около четвертой части всех отказов ЭА происходит из-за отказов резисторов. Это объясняется тем, что резисторы составляют около половины общего числа элементов схем ЭА.
Статистика отказов с
Система условных обозначений и маркировка резисторов
В соответствии с действующей системой сокращенных и полных условных обозначений сокращенное условное обозначение, присваиваемое резисторам, должно состоять из следующих элементов:
Резисторы постоянного сопротивления
А) Углеродистые резисторы(тип С1) –резисторы поверхностного типа, проводящим элементом которых является пиролитический углерод.
Пленку пиролитического угл
Резисторы переменного сопротивления
Подгонка или периодическая регулировка некоторых параметров электрической цепи осуществляется с помощью резисторов переменного сопротивления. Например, резистор переменного сопротивления должен с з
Основные параметры конденсаторов
Конденсаторы постоянной емкости характеризуются такими параметрами, как номинальной емкостью, электрической прочностью, реактивной мощностью, качеством изоляции, потерями, коэффициентом абсорбции,
Надежность
Современные конденсаторы характеризуютcя следующими средними значениями интенсивности отказов для конденсаторов постоянной емкости от 1,0×10-6 1/ч до 4×10-6 1/ч и
Постоянной емкости
Конденсаторы разделяются на различные группы.
По назначению - общего назначения, специального назначения.
По характеру изменения емкости
Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком
А) Слюдяные конденсаторы.
Слюдяные конденсаторы представляют собой конструкции, состоящие из металлических обкладок и слюдяных пластин, выполняющих ро
Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком
А) Бумажные конденсаторы (например, типа КБГ)
Бумажные конденсаторы состоят из двух длинных полос алюминиевой или свинцово-оловянной фольги, разделенн
Электролитические конденсаторы
Электролитические конденсаторы отличаются высокой удельной емкостью, обусловленной использованием в качестве диэлектрика тонкой оксидной пленки, образованной из вентильного металла электродов (алюм
Резонаторы
Необходимость применения вместо широко используемых колебательных контуров с электрическими индуктивностями и конденсаторами пьезоэлектрических и механических резонаторов вызвана тем, что с их помо
Пьезотрансформаторы
В конструкциях преобразования энергии, устройства питания источников света широко используются классические электромагнитные трансформаторы. Создание миниатюрного электромагнитного трансформатора с
Сравнение аналоговых фильтров с цифровыми.
С распространением цифровой техники аналоговые фильтры активно вытеснялись цифровыми фильтрами, однако существуют приложения, в которых использование цифровых фильтров нецелесообразно.
Паразитные связи на печатных платах
Паразитные связи на печатных платах возникают вследствие наличия паразитной емкости С и паразитной взаимоиндуктивности М между печатными прово
Механическая обработка печатных плат
Механическая обработка печатных плат включает:
-раскрой листового материала на полосы
-получение заготовок ПП;
-выполнение фиксирующих технологических, переходных и монта
Установка навесных изделий на печатной плате
Размещение навесных элементов на печатной плате согласовывается с конструктивными требованиями на печатный узел, блок и прибор в целом. При расположении элементов необходимо предусматривать необход
Способы охлаждения электронных устройств
В процессе переноса тепловой энергии в аппаратуре участвуют все три механизма теплопередачи
В зависимости от конкретных режимов работы и условий эксплуатации относительный вклад каждого из
Предварительный выбор системы охлаждения
Предварительный выбор системы охлаждения производится на ранней стадии конструирования. Для этого используются графики, характеризующие области целесообразного применения различных способов охлажде
Охлаждающие устройства современных компьютеров
Производители компьютеров ограничивают рабочую температуру процессоров: компания Intel - +66…780С, AMD - +85…900C. Считается, что при температуре в помещении +230C
Защита с помощью изоляционных материалов
Защита с помощью изоляционных материалов применяется для изделий или его частей наиболее уязвимых для влаги.
В настоящее время известны следующие способы защиты: пропитка, заливка, обволак
Защита электронных устройств от механических воздействий
Механические воздействия на электронные устройства в общем случае имеют случайный характер. Для упрощения расчетов при оценке влияния реальных воздействий используют упрощенные модели, называемые
Понятие, основные термины и определения
Надежностью называют свойство системы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных норм при заданных режимах и условиях в течение требуемого интерв
Показатели надежности
6.2.1 Показатели безотказности.
Вероятность безотказной работы.
Под вероятностью безотказной работы (ВБР) элеме
Оценка надежности по внезапным эксплуатационным отказам
Внезапные эксплуатационные отказы (ВЭО) представляют собой внезапные отказы полноценной по надежности электронной системы, возникающие в период нормальной эксплуатации, когда приработка устройства
Оценка надежности по износовым отказам
Износовые отказы и отказы старения (ИСО) представляют частный случай постепенных отказов, вызванных процессами электрического и механического износа и старения и появляются в третий период эксплуат
Оценка надежности по приработочным отказам
Приработочные отказы (ПРО) представляют внезапные отказы, возникающие в период приработки, предшествующий периоду нормальной эксплуатации.
ПРО возникают вследствие
- ошибок, допущ
Способы обнаружения неисправностей
В связи с тем, что основное время ремонта составляет поиск неисправностей, рассмотрим способы их обнаружения. Следует отметить, что в общем случае выбор способа обнаружения неисправности определяет
Способы обеспечения ремонтопригодности
Ремонтопригодность в общем случае определяется применением стандартных и унифицированных сменных составных частей, ограничением их номенклатуры, легкосъемностью, взаимозаменяемостью, отсутствием сл
Методы анализа производственных погрешностей
Для анализа производственных погрешностей используется два основных метода: статистический и расчетно-аналитический.
Статистический
Статистический метод анализа производственных погрешностей.
Статистический метод можно разделить на ряд действий:
1) собственно наблюдения изучаемого узла (измерение параметров, определение свойств и т.п.);
2) группировка полученного при н
Экспериментальный метод.
При использовании этого метода данные получаются по результатам эксперимента. Сущность метода вытекает из рассмотрения уравнения погрешности выходного параметра
Расчетный метод.
Метод частных производных. Этот метод предполагает наличие аналитического выражения, связывающего выходной параметр с производственными погрешностями. Разложив уравнение (4) в ряд
Точность и устойчивость технологических процессов
Оценка точности ТП основывается на определении погрешности соответствующих параметров, а точнее характера его распределения, которое наиболее полно может быть представлено в виде кривой распределен
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Частотным фильтром называется устройство (четырехполюсник), обладающее различной величиной затухания для разных областей частот электрических сигналов.
Пьезокварцевые фильтры обладают лучшими характеристиками по сравнению с другими типами фильтров, но и стоимость их существенно выше. Диапазоны частот, для которых используются пьезокварцевые фильтры, охватывают область от самых низких частот до ста мегагерц.
Для фильтра Чебышева пульсации, распределяются равномерно по всей полосе пропускания, но при сравнительно малых пульсациях (порядка 0,1 дБ) этот фильтр обеспечивает намного большую крутизну характеристики в переходной области, чем фильтр Баттерворта. Расчет показывает, что в этом случае требуется 19-полюсный фильтр Баттерворта или всего лишь 8-полюсный фильтр Чебышева.
Новости и инфо для студентов