Разработка программы оценки эффективности линеаризации фазочастотных характеристик фильтров нижних частот

1. На тему: «Разработка программы оценки эффективности линеаризации фазочастотных характеристик фильтров нижних частот»

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА
На тему: «Разработка программы оценки эффективности
линеаризации фазочастотных характеристик фильтров
нижних частот»
Выполнил: Давыдов Н.С.
Группа: ЭР-14-18
Научный руководитель: Поляк Р.И.
Москва 2022

2. Решаемые задачи

1. Разработка макромодели фазового корректора на основе
дискретного КИХ-фильтра в схемотехнической среде MicroCap.
2. Оценка эффективности линеаризации ФЧХ (применение
макромодели) на различных порядках ФНЧ по Баттерворту
3. Разработка программы на языке C#, включающую в себя
результаты исследований.
2

3. Метод линеаризации фазочастотных характеристик фильтра нижних частот

Метод линеаризации ФЧХ заключается в последовательном
соединении фильтра нижних частот с фазовым корректором.
Фазовый корректор представляет собой дискретный КИХ-фильтр с
импульсной характеристикой ФНЧ. У таких КИХ-фильтров
фазочастотная характеристика в полосе пропускания более линейная,
чем у ФНЧ по Баттерворту.
3

4. Макромодель фазового корректора в Micro-Cap

Укороченная часть макромодели, которая
состоит из 10 аналоговых умножителей
напряжения, сумматоров и временных
задержек.
Коэффициенты умножителей задаются с
помощью отсчётов импульсной
характеристики ФНЧ
4

5. Исследование эффективности линеаризации ФЧХ

Фильтр нижних частот 3 порядка по Баттерворту,
построенный на звеньях Саллена-Ки
На отклике фильтра на
единичный импульс мы получаем
импульсную характеристику.
Чтобы получить необходимые
нам отсчёты импульсной
характеристики – сигнал на выходе
фильтра перемножим на импульсы с
частотой равной частоте
дискретизации КИХ-фильтра
5

6. Исследование эффективности линеаризации ФЧХ

6

7. Исследование эффективности линеаризации ФЧХ

7

8. Исследование эффективности линеаризации ФЧХ

8

9. Исследование эффективности линеаризации ФЧХ

9

10. Исследование эффективности линеаризации ФЧХ

Порядок
Уменьшение полосы
ФНЧ
∆ГВЗФНЧ , мкс
∆ГВЗкорр. , мкс
∆ГВЗ
∆ГВЗкорр.
3
39.373
1.964
20.05
15.21
4
68.762
0.608186
114.01
11.61
5
102.453
0.239973
426.94
9.13
6
139.333
1.186
117.48
7.6
7
179.041
4.312
41.52
6.5
8
221.513
11.85
18.69
5.75
9
265.658
1.011
11.34
5.12
10
312.458
36.386
8.59
4.49
пропускания, %
10

11. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

Титульное лист программы – окно, которое
содержит информацию о программе. Кнопка
перейти к расчётам открывает основное рабочее
окно программы.
11

12. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

Чтобы получить расчёт
оценки линеаризации, в
основном рабочем окне
программы необходимо задать
параметры фильтра нижних
частот – полоса пропускания
ФНЧ и порядков ФНЧ.
Кнопка «О программе»
позволяет вернуться к
титульному листу программы
12

13. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

Пример расчёта с
параметрами:
Полоса пропускания ФНЧ =
500 кГц
Порядок ФНЧ – 5.
13

14. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

График импульсной
характеристики
рассматриваемого
фильтра
14

15. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

График сравнения АЧХ
ФНЧ и АЧХ фазового
корректора
15

16. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

График сравнения
АЧХ ФНЧ до
соединения с
фазовым корректором
и АЧХ ФНЧ с
фазовым корректором
16

17. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

График сравнения
ФЧХ ФНЧ до
соединения с
фазовым корректором
и ФЧХ ФНЧ с
фазовым корректором
17

18. Программа оценки эффективности линеаризации ФЧХ

График сравнения
группового времени
запаздывания в полосе
частот ФНЧ до
соединения с фазовым
корректором и после
18

19. Заключение

Описанный метод линеаризации позволяет существенно
линеаризировать фазочастотную характеристику, но при этом его
недостатком является уменьшение полосы пропускания от исходной
величины. В данном случае необходимо находить компромисс между
допустимым уменьшением полосы и увеличением линейности ФЧХ.
В результате разработки программы оценки эффективности
линеаризации ФЧХ фильтров нижних частот получили готовое инженерное
решение в виде компьютерной программы, которое может очень облегчить
расчёт эффективности использования изложенного метода.
19

20. На тему: «Разработка программы оценки эффективности линеаризации фазочастотных характеристик фильтров нижних частот»

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА
На тему: «Разработка программы оценки эффективности
линеаризации фазочастотных характеристик фильтров нижних
частот»
Спасибо за внимание!
Выполнил: Давыдов Н.С.
Группа: ЭР-14-18
Научный руководитель: Поляк Р.И.
Москва 2022